Логикалық функциялар

Процессорлар. Процессор деп арифметика-логикалық құрылғыдан басқару құрылғысына тұратын ЭЕМ-ының орталық бөлігін айтады.АЛҚ кодталған сандық ақпаратты берілген бағдарлама бойынша өңдейді,ал БҚ есептеу процесін автоматты түрде және ЭЕМ-ының барлық құрылымдарының өзара қызметін басқарылады.

Микропроцессор – жұмыс атқару жүйесін программалық түрде өзгерте отырып,мәліметтерді өңдеп,түрлендіріп бере алатын бір немесе бірнеше үлкен интегралдық схемалар жинағы.Микропроцессор техникасының негізгі мәні қысқаша былай атқару мүмкіндігі оларға қосылған элементтермен шектеліп, олардың өзара жалғасуларына негізделген болатын.Аппараттық негізде жасалыңған бұл құрылғылар қатаң жүйелі логикалық схемалар деп аталады.Белгілі бір пайдалану жүйесіне арналған мұндай схемаларды басқа орындарда пайдалану өте қиын,тіпті мүмкін емес: ол үшін олардың құрылымына өзгерістер енгізіп,басқаша құру қажет болады.Міне, осы жағдайда пайдалану жүйесін жедел өзгерте алатын, икемді логикалық схемалар керек болып,осы өзгеріс сырттан программалық түрде жүзеге асырылды.Енді әртүрлі техникада, өндірісте қолданылатын схемалардың негізі,бір-біріне ұқсас бөліктері өзара тұтастандырылып бір ғана үлкен интегралдық түрде жасалынып,оның жұмыс атқару жүйесі программалық кіріс жолдарымен басқарылатын болды.Сонымен,микропроцессор дегеніміз - орасан күрделі,пайдалану өрісі өте кең,программамен басқарылатын үлкен интегралдық схема.Оны басқаратын программа керек болса біржолата есте сақтау бөліміне жазылып қойлып, қажеті болмаса өзгерту мүмкіндігін сақтай отырып, күнделікті тапсырыстар мен мүмкіндіктерег сәйкес қайта жазылып отыруы мүмкін.Ол енді электрондықесептеу машиналарының ішіне енгізіліп,мини-,микроЭЕМ-дердің де негізіне айналды.Бұрын ЭЕМ-дердің арифметикалық-логикалық амалдар орындайтын процессоры бірнеше үлкен-үлкен шкафтардан тұрып, енді оның аумағы шағын ғана интеграциялық схеманың көлемімен шектелетін болды.Сондықтан да ол микропроцессор деп аталады.

Арифметикалық-логикалық  құрылғы регисторлардан,суммалардан,жеке логикалық түйіндерден және элементтерден тұрады.Элементтерді пайдалану және оларды өзара байланыстары жөнінен АЛҚ универсальдық,құрамалық және блокты деп бөлінеді.Универсаль-түрдегі АЛҚ суретте көрсетілген.АЛҚ-қабылдағышы,n-разряды Рг1 және Рг2 регисторларынан РгА және РгВ сумматорларындағы кіріс регисторларынан тұрады; АЛҚ-да тағы да суретте көрсетілмей қлған бірқатар регисторлар (Рг3-тен басқа) және әр түрлі логикалық элементтер бар.Регисторлардың разрдтар саны ЭЕМ-ының түріне байланысты болады.Мысалы,ЕС-1120-та регисторлар 8 және 16 разрядты ЕС-150 және 64 разрядты болып келеді.

Қабылдау регситорлары Рг1 және Рг2 арияметикалық өңдеуге  тиісті сөздерді орналастыру үшін қызмет етеді.РгА және РгВ сумматорының ережедегідей құрамалы болып орындалған.Ол сандармен арияметикалық және логикалық амалдарды орындайды.

Сумматор АЛҚ-ның негізі болып табылады.Сумматорларда төрт арифметикалық амалдар: қосу,алу,көбейту,бөлу орындалады.Сумматорлар қызметі принциптеріне қарай құрамалық (комбинациялық) және шоғырлындырғыштық деп бөлінеді.Құрамалық сумматорларда триггерлердегі секілді естің элементтері болмайды.Олар ЕМЕС,ЖӘНЕ,НЕМЕСЕ логикалық элементтерінен тұрады.Амалдардың нәтижелері бойынша кірісте және электр сигналдарының ішкі тізбектерінде сандар кодын қалыптастырады.Шоғырландырғыш сумматорлары ЕМЕС,ЖӘНЕ,НЕМЕСЕ элементтерінен басқа ішкі есте сақтау элементтерінен тұрады,мысалы,триггерлер.Сандармен амалдарды орындау кезінде мұндай сумматорлар деп ажыратады.Екі-және–үш кірісті сумматорлар жиі кездеседі,олардың біріншісін жартылай сумматорлар деп атайды.Сумматорларды,ережеге сай,интегралдық микросхема негізінде дайындайды.

Екі кірісті құрамалық  сумматордың құрылғысы және қызмет принципі суретте байқалады.Ол ЖӘНЕ,ЕМЕС,НЕМЕСЕ элементтерінен тұрады.А және В тізбектері кірістері деп аталады,Р тізбегі үшін екі көрші разрядтардың сандарының қосындысын шығарып алуға арналған, ол Q тізбегі 1-ді үлкен разрядқа ауыстыру үшін қызмет етеді.Егер А және В кірістеріне бір мезгілде екі бірдей сигнал берілсе, мысалы1,онда Р шығысындағы 0-ді,ал Q шығысында – бірді үлкен разрядқа ауыстыруды күтуге болады.А+В=0+1 сигналдарының құрамында И 1 элемент жабық болады,ЕМЕС элементінің кірісінде және Q тізбегінде 0 сигналы, ал шығыс – 1 пайда болады.В=1 сигналы НЕМЕСЕ элементі арқылы өтіп, 1 жіне 2 екі элементі сәйкес келгенде оның біреуін Р шығысына өткізеді.Осыған ұқсас элементі сәйкес келгенде оның біреуін Р шығысына өткізеді.Осыған ұқсас эффектері А+В=1+0 болғанда да алуға болады.Егер А= 0,В=0 болса,онда шығыстарда да Р=0,Q=0 болады.Екілік сандар 2n қосындылау үшін n екікірістік сумматорлар қажет.

Үшкірісті сумматорларда  қосындылатын сандар екі бірінші  кіріске, ауыстырылатын бірлік үшінші кіріске келіп түседі.Бір үшкірісті  сумматорға екі жартылай сумматор және бір НЕМЕСЕ элементі қажет.Бірінші  сумматор См 1А және В екілік сандарын қосындылайды,екіншіде қосындыға кіші разрядтан тасымалданған 1-ді қосады.Нәтижесі Р шығысындағы көрінеді,ал егер бұл кезде тасымалдау жүрсе, онда 1 НЕМЕСЕ элементі арқылы Q – шығысына – үлкен разрядқа өтеді.Жартылай сумматордың шартты белгілнуі суретінде,ал үшкірісті сумматордың шартты белгіленуі суретте көрсетілген.

Көбейту және бөлу.Көбейтер алдында көбейгіш бір регисторға,көбейткіш  екеінші – жылжығыш регисторға орналастырылады.Екілік сандардан көбейту процесі көбейгіш пен көбейткіштерді бңрнеше рет қосындылап,жекелеген қосындыларды оңға – нәтижесін жылжытудан тұрады.Қосындылау сумматорда жүргізіледі,ал жекеленген қосындылар әрбір адымнан кейін РгСм регисторға көшіріледі,ал одан Рг2,Рг3 регисторларының босаған ұяшықтарына келіп түседі.Р2г,Рг3регисторларындағы соңғы көбейтінді регистор РгВ, сумматор См және РгСм арқылы ОЕСҚ-ына жіберіледі.Бөлу бөлінгіштен бөлгіші бірнеше рет алу арқылы және айырымды разрядқа солға жылжытып, нәтижесін регисторға,сонан соң ОЕСҚ-ына көшіреді.Көбіне, бөлуді бөлгіштің кері шамасына көбейтуден ауыстырады.А:В=А(1/В)

Басқару құрылғысы.Жұмыста  бірін-бірі жиі өзара толықтыратын,АЛҚ-ы  блоктарымен бірге орналасқан, функциянальдық блоктар жиыны түрінде орындалады. Басқару құрылғысының құрылысы ЭЕМ-сының  командасын құрылымы болып табылады.Команда амалдық және адрестік деп аталатын екі бөлімнен тұрады.Амалдық бөлік қосу,көбейту жылжыту,салыстыру және т.б. амалдарын коды болып табылады; қкатты ЭЕМ-ында амалдардың жиыны 200 түрге дейін жетеді.Командалардың адрестік бөлігі амалға қатысушы операндаларды анықтайды; көбіне,бұл жерде,ОЕСҚ-ының бір,екі,үш немесе төрт ұяшықтарының адрестерін немесе ЭЕМ-ының типтерін тәуелді регисторлардың нөмірлерін жазады; екіадресті ЭЕМ-лары ең көп тараған. Басқару құрылғысын құрудың екі принципі белгілі: схемалық,логикалық және микробағдарламалық.Логикалық схемада басқару құрылғысы элементтер құрамының жиынтағынан тұрады.Олар тапсырыс уақыт мезетінде, ЭЕМ-сының әр түрлі тораптардың басқаратын, тактылық импульстермен анықталатын; сигналдарды қоздырады.Амалдардың саны көп болғанда, құраманың тораптары күрделене түседі және олармен басқару микробағдарламамен салыстырап қарағанда қолайсыз болып табылады.

Микробағдарламалық басқару  құрылғысының схемасына сыйымдылығы  аз, тұрақты есте сақтау құрылғысын енгізілкге негізделген.Тұрақты есте сақтау құрылғысының қызметі жоғарғы шапшаңдықпен орындалады, оған орындалуға тиісті көп сақталынбайтын микрокоманда кіргізіледі.Амалдардың бірінің микрокомандаларының жиынын сол амалдың микробағдарламасы деп атайды. Басқару құрылғысының микробағдарламасының жеңілдетілген схемасы суретте көрсетілген.Басқару құрылғысы микрокоманданың адрестерін қалыптастыру торабының РгА және РгВ регисторлы микрокомандаларынан тұрады. Басқару құрылғысына АЛҚ-на келетін басқару сигналы өндіретін микроамалдардың дешифраторы кіреді. Басқару құрылғысы ОЕСҚ-сымен Рг1арқылы, басқару құрылғысынан тыс орналасқан, импульстеді синхрондау блогымен байланысты.

Қызмет принципі.Амалдар  кодының аз ғана тобы ОЕСҚ-ынан ТЕСҚ-сына тасымалданады,бұл амалдар микрокоманда адрестері мен микрокоманда амалдарынан тұратын микроамалдарға жіктеледі.Синхроимпульстерінің ықпалымен АҚТ тиісті микрокоманданың адресінің кодын береді, сол сияқты адрестің коды есептеуші АЛҚ блогының күйінен де тәуелді болады.ТЕСҚ-ының РгВ регисторы разрядтардың бір тобын келесі кодтың микроамалдарына, ал басқасы – келесі микрокоманданың адресінің кодын береді; БС басқару сигналдарын өндіру үшін микрокомандалардың коды ДШ-ға келіп түседі, ал келесі микрокоманданы дайындау үшін АҚТ-ға кодтың адресі көшіріледі.Басқару сигналдарын АЛҚ-ының шешуші блоктарына әсер етіп, оның регисторларына өңдеуге тиісті, операндаларды қабылдауға рұқсат етеді.Амалдардың қорытындысы АЛҰ-дан оперативтік еске, ал амалдардың аяқталуы туралы, ал сигнал АҚТ-ына көшіреді, сонаң соң барлық процессор жаңа микрокомандалармен қайталанады. Микробағдарламалық әдіс ТЕСҚ-сының блоктарының бәрін басқалармен ауыстырып, әр түрлі есептер шығару үшін ЭЕМ-ын қайта құруды жеңілдетеді.

Басқару пульті адам – оператор мен машинаның байланысы есептеу процесі жүрген кезде де, машинаны режиміне дайындаған кезде де жүзеге асады.Қайсыбір ЭЕМ-ының екі пульті болады.Пульттің алдыңғы панелі басқару оргнадары – ажыратқыш және ауыстырып қосу тұтқалары, клавиштер және іске қосу кнопкалары, соол сияқты электр сигналдарының индикаторлары және параметрлерді бақылау құрылғылары орналастырылады.Бағдарламаны алғаш кіргізу тиісті кнопканы басумен жүзеге асырылады.Соның нәтижесінде АЛҚ командасының регисторлары енгізу командасы кіргізіледі, бағдарлама есті толтырады, сонан соң оны автоматты түрде орындайды.Клавишпен және тумблермен жұмыс жасаған программист есептеу процесін тоқтауына немесеЭЕМ-ының жұмыс тіртібін өзгертуіне болады.

Аналогтық интеграциялық  микросхемалар.Аналогтық ИМС-лардың күшейткіштері,түрлендіргіштері,коммутаторлары,салыстыру құрылғылары,модуляторлары жіне т.б. жатады.Аналогтық дискреттілігі айырмашылығы оларда электр сигналдарының өзгерісінің үзіліссіз болатындығында.Дискреттіліктегі секілді аналогтық ИМС бірқалыпты серияларға бөлінеді; әрбір серия қайсыбір парметрлерінде айырмашылықтары бар, базистік схемалардың жиынынан тұрады; әрбір серия қайсыбір параметрлерінде айырмашылықтар бар, базистік схемалардың жиынынан тұрады; толық функционалдық және функционалдық емес микросхемалары да болады.Аналогтық ИМС дискреттіні дайындағандай әдіспен дайындайды; МДП құрылымдағы және ИМС бипорлярлық жартылай өткізгіштігі, сол сияқты жұқа және қалың пленкалы элементтерімен гибридтік ИМС-лар жиікездеседі.Аналогтық ИМС-ның парметрлері де статикалық және динамикалық болып бөлінеді.Статикалық жататындар-номиналдық кернеулер мен токтар, бекітілген бір жиілік кезіндегі жұмыс режиміндегі ИМС-ның кіріс және шығыс сигналдарының мәндері, мысалы, 1000 Гц жиілікте тұтас каскадтар мен схемалардың күшейту коэффициенттері,парматрлері температураның және басқа да факторлардың әсері және т.б.Динамикалық параметрлерге жататындар-амплитудалардың,жекеленген каскадтардың және микросхемалардың күшейту коэффициенттерінің тұтасымен жиіліктен тәуелділігі.Өнеркәсіпте көптеген арнайы аналогтық ИМС-тер шығарылады, мысалы, теледидар аппаратуралары, магнитафондар, мини-ЭЕМ, байланысы құрылғылары және т.б. төменде тек қайсыбір ИМС-тің түрлеріне тақталамыз.

АналогтықИМС-ның көптеген сериялар күшейткіштер түрінде болады(мысалы,жоғары жиілікті күшейткіштер 2УС191,К2УС241,2УС351 және т.б.). 10мВ дейін кіріс сигналында 5...150МГц диапазонда қабылдағыш, бергіш радиоаппаратураларының күре жолдарын құру үшін пайдаланылады және олар 30...50 есе одан да артық күшейтуді алуға мумкіндік береді.Мысалы, 2УС351С ИМС-і үшін трмнзистордан екі диодтан,сегіз резистордан және алты конденсатордан тұрады.Ол төменгі бөгку жағдайында,200 еседен де артық жоғары жиілікте күшейтуді тұрақтылықпен орындай алатын автоматты күщейтуді тізбегі болып табылады.Төменгі жиілікті күшейтудің принциптік схемасы.Суретте микросхемалардың бірі келтірілген7Б9л тура байланысатын ТКЖ-н34 т8р3не жатады, n-p-n құрылымды бес транзистордан (V1…V5) және онбір резистордан тұрады.Эмиттер тізбегінің бірінші каскадына R резисторы қосылған, соның нәтижесінде кіріс кедергісі артады.V3 транзисторы эмиттерлік қайталағыштың режимінде жұмыс жасайды.Транзисторлардың эмиттер тізбегіндегі резисторлар айнымалы және тұрақты құраушылар бойынша кері байланысты жүзеге асырады.Қоректендіру кернеуі (5...12В) 3,7 және 6 шығыстарына беріледі, тұтынылатын қуаты 200мВт-тан аспайды.Көбіне,ИМС 1,4,5 және 8 шығыстарына қосылатын резисторлардың және конденсаторлардың комплектілерімен қолданылады; олар күшейткіштің сипаттамаларын түзету үшін қажет.Шығыс сигналдары 2 және 6 шығыстарына жеткізіледі,шығыс күшейту үшін,сызықтық емес, бұрмалану коэффициенті 3%-дан артық болмауы керек.Айнымалы ток тізбегінде де, тұрақты ток тізбегінде,қолданылатын дифференциялық күшейткіштің негізінде генераторлар,модуляторлар,мультивибраторлар,триггерлер коммутаторлар және басқа да құрылғылар жасалады.Дифференциалдық күшейткіштердің ИМС-ның түрлері көп: К118,К112,К124 және т.б. олардың біреулері бір каскадты болса, қалғандары эмиттерлі қайталағышты көп каскадты болады.

 Интегралдық орындаудағы бір каскадты дифференциалдық күшейткіш суретте келтірілген.Жартылай өткізгішті пластина негізінде жасалған элементтер болып,n-p-n электр,өткізгішті төрт транзиистор,алты резистор және түйіспелі шығыстары қосылған металл өткізгіштер есептелінеді.Эмиттерлерімен біріккен V1 және V2 транзисторлары күшейткіш элементтер болып табылады және коллекторлық тізбектердегі кедергілермен бірге теңгерілген көпірлік схеманы түзеді.V3 транзисторы күшейту каскадындағы қоректендіру тогын тұрақсыздандырады,бөгеулерді бәсеңдетеді және басқа да функцияларды жүзеге асырады.V4 анзисторы диод схемасы бойынша қосылған және термотұрақтандырғыш элементтің рөлін атқарады.Дифференциалдық күшейткіштің ең маңызды қасиеті оның әр түрлі формалы бөгеуілдің ықпалына және оның пайда болуына жоғары дәрежедегі тұрақтылығы.Дифференциалдық күшейткіштің тағы бір ерешелігі оған сигнал көзінің және сыртқы жүктеменің бірнеше тәсілмен қосыла алу мүмкіндігі, сонымен бірге бұл симметриялық және симметриялық емес тәсілдермен де орындалады.Сигналдар симметриялы болғанда 4 және 10 қысқыштарда V1және V2 транзисторлардың коллекторлық тізбегінің токтары қарсы фазаға өзгереді, соның салдарынан транзисторлардың коллекторының дифференциалдық жұптарының кернеулерінің айырымы өзгереді.Кіріс сигналды симметриялық емес режимінің айырмашылығы,сигнал базалық электродтың біріне бірі барып түседі, ал екінші транзистордың базасы ортақ нүктеге жалғанады; жүктеме V1немесе V2 транзисторларының коллекторларының біріне қосылады және де V1(5) шығысы V1(4)  кірісіне салыстырғанда инверторланбайтын болып шығады,V2(10) кірісіне салыстырғанда инверторланбайтын болып шығады, керісінше, шығыс V2(9) кіріс V2(10) үшін инверторланушы, ал V1(4) кірісі үшін инвенторланбайтын болады.

 Логикалық функциялар — логика алгебрасы ережелеріне сәйкес кіріс сигналдарымен қарапайым логикалық функцияларды жүзеге асыратын электрондық құрылғылар. Осындай операцияларға логикалық қосу — '''дизъюнкция''' (“немесе”), көбейту — '''конъюнкция''' (“және”), терістеу — '''инвертирлеу''' (“емес”) жатады. Қарапайым логикалық элементтердің шартты белгілері суретте көрсетілген. Ақпараттық сигналдар ретінде электр кернеуі немесе тогының дискреттік мәндері (деңгейлері) қолданылады. Мысалы: 0 — төмен деңгейге, 1 — жоғары деңгейге сәйкес келеді.Логикалық элементтер функционалдық белгіленуі, ақпарат беру әдісі, сұлбатех. шешімі және пайдаланылатын электрондық құралдары бойынша ажыратылады. Күрделі логикалық элементтер қарапайым операциялар орындайтын элементтерді біріктіру арқылы жасалады. Мысалы:“немесе” — “емес”, “және — емес”, “немесе — және — емес”, т.б.Құрылымдық түрде логикалық элементтер жекеленген (дискретті) құраушылардан немесе интегралдық сұлба (ИС) түрінде [шала өткізгіш, гибридті, үлдірлі (пленкалы), т.б.] орындалуы мүмкін. Қазіргі дербес компьютерлерде жоғары дәрежелі интеграциясы бар ИС-дағы логикалық элементтер жүйелері қолданылады. Логикалық элементтер компьютерлердің, цифрлық автоматтардың элементтік негізін қалайды.