Chip logici. Parte 1

Articolo introduttivo sui chip logici. Descrive i sistemi numerici e la rappresentazione di un numero binario mediante segnali elettrici.

Il moderno circuito integrato digitale è un'unità elettronica in miniatura, il cui alloggiamento contiene elementi attivi e passivi collegati in un determinato schema. Questi sono transistor, diodi, resistori e condensatori.

Il numero di elementi nei moderni microcircuiti può raggiungere diverse centinaia di migliaia e persino milioni di elementi. Ricorda e basta microprocessori, microcontrollori, chip di memoria.

Per elencare semplicemente tutti i microcircuiti moderni, non avrai bisogno di un articolo, ma di un libro intero piuttosto spesso. In questo articolo considereremo principalmente i microcircuiti di piccolo e medio grado di integrazione semplici elementi logici.

Circa venti anni fa Circuiti integrati (LSI)Di norma, hanno svolto la funzione incorporata durante il processo di produzione. In un microcircuito potrebbe essere nascosto un microcalculatore, un orologio o un nodo di un computer elettronico (computer).

Attualmente molto diffuso tutti i tipi di microcontrollori: anche un dispositivo così semplice come Ghirlanda natalizia di fabbricazione cinese non c'è nient'altro che un microcontrollore programmato.

Gli orologi elettronici, i timer domestici, i vari giocattoli per parlare e cantare si ottengono anche programmando il corrispondente microcontrollore. O, come tutti sentono ora, un lampeggiamento.

In altre parole no controller programmato Questo è il disco da cui verrà ottenuto il dispositivo con le proprietà necessarie per lo sviluppatore. E, nonostante tale universalità, i segnali di ingresso e uscita del microcontrollore sono gli stessi dei microcircuiti digitali di piccolo e medio grado di integrazione. Pertanto, senza la conoscenza di questi elementi già obsoleti e dimenticanti, semplicemente non c'è modo di andare.

Al centro del lavoro circuiti digitali si trova un sistema di numeri binari. Sottolinea inoltre il funzionamento dei moderni personal computer e di tutti i sistemi informatici e di comunicazione.

Nella vita di tutti i giorni, usiamo il sistema dei numeri decimali contenente dieci cifre 0 ... 9. Un tale sistema è nato perché ogni persona ha dieci dita sulle sue mani. Alcuni popoli del Nord contavano fino a venti, e il numero venti era chiamato "l'intero uomo".

Dieci non è più una cifra, ma un numero composto da una dieci e zero unità: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. Allo stesso modo, il numero 640 conterrà seicento + quattro decine + zero unità o sotto forma di numeri 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Tale sistema è chiamato posizionale decimale, cioè il peso dello scarico dipende dalla sua posizione nel numero. È facile notare che si tratterà di unità, decine, centinaia, migliaia, decine di migliaia, centinaia di migliaia e così via.

In un sistema binario, un numero è ottenuto esattamente allo stesso modo, ma non dieci, ma due e il suo grado sono usati come base. Cioè non 1, 10, 100, 1000, 10000 e così via, ma 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Ogni numero successivo si ottiene moltiplicando il precedente per la base del sistema (in questo caso, per 2), vale a dire elevando il precedente al prossimo grado. Per il sistema decimale, ogni numero precedente viene moltiplicato per dieci, poiché la base del sistema numerico è dieci.

Utilizzando un numero binario a otto bit, (il byte viene chiamato in tecnologia informatica) è possibile rappresentare numeri decimali nell'intervallo 0 ... 255 o in forma binaria 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Il numero 640 di cui sopra corrisponderà alla voce 640 = 10 1000 0000 (b) o, come nell'esempio precedente

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(b) alla fine della registrazione indica che il numero è binario.Il modo più semplice per verificare la correttezza di questa voce è con il calcolatore di Windows. Questa forma di informazione di codifica si è rivelata molto conveniente per i computer, perché distinguere zero da uno è semplice come un contatto chiuso da una lampada aperta o accesa da una lampada estinta.

Se le informazioni binarie vengono trasmesse utilizzando segnali elettrici, sono richiesti solo due livelli di tensione. Di norma, è più positivo (alto) e meno positivo o addirittura negativo (zero).

Molto spesso, una tensione di alto livello è considerata un'unità logica e una tensione di basso livello - come uno zero logico. Quindi dicono che abbiamo a che fare con la logica positiva.

Inoltre, esiste anche una logica negativa: una tensione di alto livello è uno 0 logico e un livello basso è un'unità logica. In questo articolo considereremo solo la logica positiva.

Uno dei più comuni e popolari all'epoca tra i radioamatori era microcircuiti della serie K155. Per loro, la tensione zero logica è al livello di 0 ... 0,4 V e l'unità logica è 2,4 ... 5,0 V. Ciò nonostante il fatto che la tensione di alimentazione nominale per questa serie sia di 5 V con una tolleranza del + - dieci percento.

Per altre serie di microcircuiti con una tensione di alimentazione diversa, questi numeri sono, ovviamente, diversi, ma all'interno della stessa serie, invariati. All'incirca possiamo dire che la tensione dell'unità logica nella maggior parte delle serie di microcircuiti è nell'intervallo da metà della tensione di alimentazione a tutta la tensione di alimentazione.

Ad esempio, per i microcircuiti della serie K561 con una tensione di alimentazione di + 15 V, la tensione di un'unità logica sarà compresa tra + 7,5 e 15 V. La serie K561 funziona con una tensione di alimentazione compresa tra 3 e 15 V. In questo caso, la tensione dell'unità logica sarà entro i limiti sopra indicati.

Considereremo la descrizione dei circuiti logici che utilizzano la serie K155 come la più comune e non richiediamo precauzioni speciali durante il lavoro.

Questa serie di chip è considerata funzionalmente completa e contiene circa 100 articoli. Ciò significa che con questa serie è possibile implementare qualsiasi funzione logica anche più complessa.

Nel prossimo articolo conosceremo il funzionamento e il dispositivo dei microcircuiti digitali. Inizieremo questa conoscenza con elementi logici che implementano le funzioni più semplici. Algebra booleana (algebra della logica).

Boris Aladyshkin

Continuazione dell'articolo: Chip logici. Parte 2 

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Comments

[#1 Alexey]

Si scopre che in questo caso, i chip della serie K561 e K155 differiscono solo nella tensione di alimentazione, ma svolge la stessa funzione?