МГц для серии 164 и до 5 МГц для серии К564 [17].

Таблица 4.15

Таблица 4.16

1)На микросхему

Однако в отличие от микросхем на р-МДП-транзисторах микросхемы этого типа менее технологичны, требуют для своего изготовления больше операций и, следовательно, более дорогие. Тем не менее тенденция развития этих серий микросхем такова, что в ближайшее время они будут занимать преобладающее положение среди НСТЛ микросхем. Свидетельством постоянного совершенствования их свойств является К564 серия, микросхемы которой работают при изменении напряжения питания от 3 до 15 В, характеризуются повышенным быстродействием при значительном снижении потребляемой мощности. При напряжении питания 5 В микросхемы становятся полностью совместимыми с ТТЛ и ТТЛШ.

Таблица 4.17

1) На микросхему

2) При напряжении питания 10 В

Таким образом, для цифровых узлов с тактовой частотой более 50 МГц следует выбирать серии микросхем ЭСЛ. Для узлов с меньшей частотой переключения - микросхемы ТТЛ и- ТТЛШ, перекрывающие диапазон частот до 50 МГц. При проектировании цифровых узлов с тактовой частотой не более 1 МГц целесообразно рассмотреть варианты применения серий маломощных ТТЛ микросхем и микросхем НСТЛ на КМДП-транзисторах.

При окончательном решении вопроса о выборе серий микросхем для проектируемого узла следует оценить возможность и целесообразность применения микросхем повышенного уровня интеграции, обладающих рядом преимуществ (см. § 1.3).

При логическом проектировании цифровых узлов необходим всесторонний учет основных свойств применяемой элементной базы для достижения высоких технико-экономических показателей разработки. При этом в процессе проектирования появляется целый ряд особенностей. В частности, при разработке функциональной схемы узла, выборе серий микросхем и разработке принципиальной схемы следует иметь в виду, что микросхемы разных по схемотехническому признаку классов, как правило, не согласуются. Поэтому, если принято, например, решение в целях оптимизации проектируемого узла по энергопотреблению реализовать его на несовместимых микросхемах, то необходимо предусмотреть их сопряжение. В составе некоторых серий согласующие микросхемы (преобразователи уровня) имеются, но может потребоваться проектирование согласующих элементов на навесных компонентах. Для этого целесообразно применять различные вспомогательные микросхемы: наборы инверторов, логические элементы с открытым коллекторным (для ТТЛ) или эмиттерным (для ЭСЛ) выходом и др.

При разработке на микросхемах типа ЭСЛ цифровых узлов высокого быстродействия (тактовые частоты - десятки мегагерц) необходимо иметь в виду повышенные требования к характеристикам линий передачи и условиям согласования выходных и входных сопротивлений микросхемы с волновым сопротивлением линии.

Для решения этой задачи в сериях микросхем ЭСЛ предусмотрены специальные микросхемы для работы на линию передачи и для приема сигналов с линии.

Глава пятая

МИКРОПРОЦЕССОРЫ И МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ

5.1. ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О МИКРОПРОЦЕССОРЕ

В начале 70-х г. зародилось и в настоящее время интенсивно развивается новое направление в разработке РЭА, основанное на широком применении программно-управляемых универсальных цифровых микроэлектронных устройств - микропроцессоров.

4 к

л.

2

Рис. 5.1. Устройство, реализующее алгоритм (5.2) аппаратным способом

Чтобы дать общее представление об устройстве микропроцессора и его особенностях как функционального узла вычислительных средств, рассмотрим простой алгоритм преобразования информации, например алгоритм вычислений по уравнению:

Y=(AX+B)X+C.(5.1)

Алгоритм вычислений состоят из следующих шагов:

1) А-Х=М; 2) M+B=N; 3) N-X=K; 4) K+C=Y,(5.2)

где А, В, С, X - исходные переменные, М, N, К, Y - переменные, присвоенные результатам выполнения соответствующих операций.

В вычислительных средствах находят применение два способа реализации алгоритмов: аппаратный и программный.

Аппаратный способ реализации алгоритмов характеризуется следующими особенностями: для выполнения каждой операции используется свое оборудование, так называемый операционный блок; распределение переменных по входам и выходам операционного блока не изменяется в процессе реализации алгоритма; порядок реализации алгоритма определяется схемой соединения операционных блоков.

Структурная схема устройства, реализующего алгоритм (5.2) аппаратным способом, включает два перемножителя и два сумматора (рис. 5.1). Недостатки этого способа состоят в том, что, во-первых, схема реализации алгоритма специализирована на решение задач только одного типа, и, во-вторых, число операционных блоков резко увеличивается с ростом сложности алгоритма.

Программный способ реализации алгоритма имеет следующие особенности: однотипные операции выполняются одним операционным блоком, но в разное время; распределение переменных по входам и выходам блоков изменяется в процессе реализации алгоритма; порядок выполнения операций определяется программой.

Программа - это описание алгоритма в форме, воспринимаемой данным вычислительным средством. Программа состоит из отдельных команд. Каждая команда предписывает определенное действие и указывает, над какими переменными это действие производится.

При реализации алгоритма (5.2) программным способом необходимы соответствующие операционные блоки - перемножитель, сумматор, а также дополнительное оборудование - ячейки памяти (ЯП) для хранения чисел: одна ячейка для одного числа.

Структурная схема, реализующая алгоритм (5.2) по программному способу, приведена на рис. 5.2. На пересечении каждой вертикальной и горизонтальной шин находится управляемый контакт, например полевой или биполярный транзистор (рис. 5.3), замыкание которого соединяет шины в точке пересечения. Каждому контакту присвоен номер.

Программа реализации алгоритма (5.2) представляет собой совокупность команд, выполняемых последовательно во времени: 1-я команда - выбрать из ЯП с указанными номерами числа А и X, перемножить эти числа, результат М занести в ЯП с указанным номером; 2-я команда - выбрать из ЯП с указанными номерами числа М и В, сложить их, результат N занести в ЯП с указанным номером; 3-я команда - выбрать числа N и X, перемножить их и результат K занести в ЯП с указанным номером; 4-я команда - выбрать числа К и С, сложить их, результат Y занести в ЯП с указанным номером; 5-я команда - вывести результат у.

При реализации программного способа выполнения алгоритма вычислительное средство в своем составе должно иметь совокупность операционных блоков, называемую арифметическим устройством (АУ) или арифметико-логическим устройством (АЛУ), совокупность ЯП для хранения исходных чисел и результатов