Реферат на тему:
Мікросхеми вводу-виводу. Мікросхеми PІО. Вентилі й булева алгебра.
План.
1. Мікросхеми вводу-виводу.
2. Мікросхеми PІО.
Мікросхеми вводу-виводу.
У цей час існує безліч різних мікросхем вводу-виводу. Нові мікросхеми
з’являються постійно. З найпоширеніших можна назвати UART, USART,
контролери CRT (CRT – електронно-променева трубка), дискові контролери й
PІ.
UART (Unіversal Asynchronous Receіver Transmіtter – універсальний
асинхронний приемопередатчик) – це микросхема, що може зчитувати байт із
шини даних і передавати цей байт по бітам на лінію послідовної передачі
до термінала або одержувати дані від термінала. Швидкість роботи
мікросхем UART різна: від 50 до 19 200 біт/з; ширина знака від 5 до 8
битов; 1,1,5 або 2 стопових біти. Мікросхема може забезпечити перевірку
на парність або на непарність, контроль по парності може також
отсутствовать, все це перебуває під керуванням програм.
Мікросхема USART (Unіversal Synchronous Asynchronous Receіver
Transmіtter – универсальний синхронно-асинхронний приемопередатчик) може
здійснювати синхронную передачу, використовуючи ряд протоколів. Вона
також виконує всі функції UART.
Мікросхеми PІО
Типовим прикладом мікросхеми PІО (Parallel Іnput/Output- паралельний
вивід) є Іntel 8255А (рис.8). Вона містить 24 лінії уведення-виводу й
може сполучатися з будь-якими пристроями, сумісними cTTL-схемами
(наприклад, клавіатурами, перемикачами, індикаторами, принтерами).
Програма центрального процесора може записати 0 або 1 на будь-яку лінію
або вважати вхідний стан будь-якої лінії, забезпечуючи високу гнучкість.
Центральний процесор може конфігурувати мікросхему 8255А різними
способами, завантажуючи регістри стану мікросхеми, і ми зупинимося на
деяких найбільш простих режимах роботи. Можна представити дану
мікросхему у вигляді трьох 8-бітних портів А, В и С. З кожним портом
зв’язаний 8-бітний регістр. Щоб установити лінії на порт, центральний
процесор записує 8-бітне число у відповідний регістр, і це 8-бітне число
з’являється на вихідних лініях і залишається там доти , поки регістр не
буде перезаписаний.
Щоб використати порт для входу, центральний процесор просто зчитує
відповідний регістр.
Рис. 8. Мікросхема 8255А
Інші режими роботи передбачають квитирование зв’язку із зовнішніми
пристроями. Наприклад, щоб передати дані пристрою, мікросхема 8255А може
представити дані на порт виводу й почекати, поки пристрій не видасть
сигнал про те, що дані отримані й можна посилати ще. У дану мікрохему
включені необхідні логічні схеми для фіксування таких імпульсів і
передачі їхньому центральному процесору.
З рис. 8 ми бачимо, що крім 24 висновків для трьох портів мікросхема
8255А містить вісім ліній, безпосередньо пов’язаних із шиною даних,
лінію вибору елемента пам’яті, лінії читання й запису, дві адресні лінії
й лінію для переустановки мікросхеми. Дві адресні лінії вибирають один
із чотирьох внутрішніх регістрів, три з яких відповідають портам А, В и
С.
Четвертий регістр – регістр стану. Він визначає, які порти
використовуються для входу, а які для виходу, а також виконує деякі
інші функцї. Звичайно дві адресні лінії з’єднуються із двома молодшими
бітами адресної шини.
Вентилі й булева алгебра.
Цифрові схеми можуть конструюватися з невеликого числа простих елементів
шляхом сполучення цих елементів у різних комбінаціях.
Поняття вентиля, принцип роботи вентилів.
Цифрова схема – це схема, у якій є тільки два логічних значення.
Зазвичай сигнал від 0 до 1 В представляє одне значення (наприклад, 0), а
сигнал від 2 до 5 В – інше значення (наприклад, 1). Напруга за межами
зазначених величин неприпустима.
Електронні пристрої, які називаються вентилями, можуть обчислювати різні
функції від цих двозначних сигналів. Ці вентилі формують основу
апаратного забезпечення, на якій будуються всі цифрові комп’ютери. Опис
принципів роботи вентилів відноситься до рівня фізичних пристроїв, що
перебуває нижче рівня 0.
Вся сучасна цифрова логіка ґрунтується на тім, що транзистор може
працювати як дуже швидкий бінарний перемикач. На мал. 1 (а) зображений
біполярний транзистор, вбудований у просту схему. Транзистор має три
з’єднання із зовнішнім середовищем: колектор, базу й емітер. Якщо вхідне
значення напруги V in, нижче певного критичного значення, транзистор
вимикається та діє як дуже великий опір. Це приводить до вихідного
сигналу V out, близькому +5 В, для даного типу транзистора. Якщо Vin
перевищує критичне значення, транзистор включається й діє як провідник,
викликаючи заземлення сигналу V out (відповідно 0 В).
Рис. 1. Транзисторний інвертор (а); вентиль НЕ-І (б); вентиль
НЕ-АБО (в).
Важливо відмітити, що якщо напруга V іn низька, то V out, високе та
навпаки. Ця схема, таким чином, є інвертором, що перетворює логічний 0 в
логічесну 1 і логічну 1 в логічний 0. Резистор (ламана лінія) потрібний
для обмеження кількість струму, що проходить через транзистор, щоб
транзистор не згорів. На перемикання з одного стану в інше звичайно
потрібно кілька наносекунд.
На рис.1 (б) – два транзистори з’єднані послідовно. Якщо й напруга V 1
та напруга V 2 високі, то обидва транзистори будуть служити провідниками
та знижувати V out. Якщо одна з вхідних напруг низька, то відповідний
транзистор буде вимикатися й напруга на виході буде високим. Інакше
кажучи, ,буде низьким тоді й тільки тоді, коли й напруга V1, та напруга
V2 високі.
На рис.1(в) два транзистори з’єднані паралельно. Якщо один із вхідних
сигналів високий, буде включатися відповідний транзистор і знижувати
вихідний сигнал. Якщо обидві напруги на вході низькі, то вихідна напруга
буде високою.
Ці три схеми утворять три найпростіших вентилі. Вони називаються
вентилями НЕ, НЕ – І та НЕ – АБО. Вентилі НЕ часто називають
інверторами. Припустимо, що висока напруга V in – це логічна 1, а низька
напруга (“земля”) – логічний 0, то ми зможемо виражати значення на
виході як функцію від вхідних значень.
П’ять основних вентилів, поведінка функцій вентилів.
Значки, які використаються для зображення цих трьох типів вентилів,
показані на рис. 2, (а – в). На цьому рисунку приводиться поводження
функції для кожної схеми. На цих рисунках А и В – це вхідні сигнали, а X
– вихідний сигнал. Кожний рядок таблиці визначає вихідний сигнал для
різних комбінацій вхідних сигналів.
Рис. 2. Значки для зображення 5 основних вентилів.
Поводження функції для кожного вентиля
Якщо вихідний сигнал (див. рис. 1, б) подать в інвертор, ми одержимо
іншу схему, протилежну вентилю НЕ-І, тобто таку схему, у якої вихідний
сигнал дорівнює 1 тоді й тільки тоді, коли обидва вхідних сигнали рівні
1. Така схема називається вентилем „І” , її схематичне зображення та
опис відповідають функції дані на рис. 2 (б). Так само вентиль НЕ-АБО
може бути пов’язаний з інвертором. Тоді вийде схема, у якої вихідний
сигнал дорівнює 1 в тому випадку, якщо хоча б один із вхідних сигналів –
1, і дорівнює 0, якщо обидва вхідних сигнали рівні 0. Зображення цієї
схеми, що називається вентилем АБО, опис відповідної функції поданий на
рис. 2, (д). Маленькі кружечки в схемах інвертора, вентиля НЕ-І та
вентиля НЕ-АБО називаються інверторними виходами. Вони також можуть
використатися в іншому контексті для вказівки на інвертований сигнал.
П’ять вентилів, зображених на рис.2, становлять основу цифрового
логічного рівня. Зі сказаного вище випливає, що вентилі НЕ-І та НЕ-АБО
вимагають два транзистори кожний, а вентилі „І” та АБО – три транзистори
кожний. Із цієї причини в багатьох комп’ютерах використаються вентилі
НЕ-І та НЕ-АБО, а не І та АБО. Слід згадати, що вентилі можуть мати
більше двох входів. У принципі вентиль НЕ-І може мати довільну
кількість входів, але на практиці більше восьми не буває.
Пристрій вентилів ставиться до рівня фізичних пристроїв, для яких є дві
основних серії виробничих технологій – біполярна та МОН
(метал-оксид-напівпровідник). Вентилі МОП мають кілька різновидів: р –
канальний МОН-пристрій, n-канальний МОН-пристрій та комплиментарний МОН.
Хоча МОН-транзистори мають іншу будову ніж біполярні транзистори, вони
мають таку ж здатність функціонувати, як електронні перемикачі.
Сучасні процесори й пам’ять найчастіше виробляються з використанням
технології комплементарних МОП, що працюють при напрузі +3,3 В.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
