БВС-1. Теория, разное...

Существует обширная номенклатура выпускавшихся и выпускаемых интегральных микросхем для построения устройств автоматики и вычислительной техники, широкое применение находят цифровые микросхемы серии К155, которые изготавливают по стандартной технологии биполярных микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Имеется свыше 100 наименований микросхем серии К155. При всех своих преимуществах - относительно высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости - эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью. Поэтому им на смену появились микросхемы серии К555, принципиальное отличие которых - использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем серии К555 не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает ёмкости их p-n переходов. В результате при сохранения быстродействия микросхем серии К555 на уровне серии К155 удалось уменьшить её потребляемую мощность примерно в 4 - 5 раз.

Дальнейшее развитие микросхем серий ТТЛ - разработка микросхем серии КР1533. Основное эксплуатационное отличие их от схем серии К555 - в 1,5 - 2 раза меньше потребляемая мощность при сохранении и повышении быстродействия. Таким образом КР1533 серия потребляет мощность, как минимум в 6 раз меньше на один логический элемент.

Стандартные выходные уровни лог. 1 составляют 2,4...2,7 В, а лог. 0 в диапазоне 0 - 0,36...0,5 В.

Напряжение питания микросхем серий ТТЛ 5 В +-5%, для серии КР1533 допуск на напряжение питания +-10%.

В модуле МЛО-1 применяются микросхемы КР1533АП5, это восемь неинвертирующих буферных элементов с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Элементы разбиты на две группы по четыре, у каждой из групп свой вход управления для включения элементов и их перевода в высокоимпедансное состояние (Е1 и Е2).


Включение элементов каждой группы происходит при подаче на соответствующий вход (Е1 и Е2) лог. 0, переход в высокоимпедансное состояние - при подаче лог. 1. Микросхема выполнена в 20 выводном корпусе. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 135 мВт (27 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 15 нс.

В модуле МЛО-1 использовано 16 микросхем КР1533АП5 для буферизации шин FOB0 и SOB0. Выходы всегда находятся во включённом состоянии, поэтому входы управления (Е1 и Е2) соединены с общим проводом, сигнал GND.

Напряжение питания микросхем ТТЛ серии КР1533 5 В и имеет допуск +-10%. У микросхемы КР1533АП5 напряжение +5 В подаётся на вывод 20, а с общим проводом соединяется вывод 10. Также микросхемы серии КР1533 имеют порог переключения 1,52 В, что больше чем у серий К155 и К555, вследствие чего они имеют наибольшую помехоустойчивость, среди микросхем серий К555 (1,12 В), К155 и К531 (1,4 В).

После того, как первый операнд и второй операнд с шин FOB0 и SOB0 соответственно, проходят через буферы микросхем КР1533АП5. Они поступаю сразу параллельно на шесть наборов микросхем (три набора микросхем для модулей v_0.002). Каждый из которых выполняют свою конкретную логическую операцию. Выполняются следующие логические операции И, ИЛИ, "исключающее ИЛИ", для модуля МЛО-1 v_0.002, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ. Для этого применяются соответственно следующие микросхемы:
КР1533ЛИ1 - И (and);
КР1533ЛЛ1 - ИЛИ (or);
КР1533ЛП5 - "исключающее ИЛИ" (xor);
КР1533ЛА3 - И-НЕ (nand);
КР1533ЛЕ1 - ИЛИ-НЕ (nor);
КР1533ЛН1 - НЕ (not).

Данные микросхемы выполнены в 14 выводных корпусах. Положительное напряжение питания +5 В подаётся на вывод 14, а с общим проводом соединяется вывод 7. Нумерация выводов представлена ниже, стоит особо обратить внимание на микросхему КР1533ЛЕ1, так как её нумерация отличается от остальных.


Микросхема КР1533ЛИ1 выполняет логическую операцию И (and). Содержит четыре логических элемента. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 16 мВт (3,2 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 12 нс. Имеет стандартную нагрузочную способность.

Микросхема КР1533ЛЛ1 выполняет логическую операцию ИЛИ (or). Содержит четыре логических элемента. Имеет стандартную нагрузочную способность.

Микросхема КР1533ЛП5 - четыре независимых сумматора по модулю 2, каждый из которых работает следующим образом. Если на обоих входах элемента, например, 1 и 2, лог. 0 - на выходе 3 лог. 0. Если на одном из входов лог. 0, на другом лог. 1, на выходе лог. 1, если на обоих входах лог. 1 - на выходе лог. 0. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 30 мВт (6 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 13 нс.

Микросхема КР1533ЛА3 выполняет логическую операцию И-НЕ (nand). Содержит четыре логических элемента. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 9,6 мВт (1,92 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 12 нс. Имеет стандартную нагрузочную способность.

Микросхема КР1533ЛЕ1 выполняет логическую операцию ИЛИ-НЕ (nor). Содержит четыре логических элемента. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 15,5 мВт (3,1 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 11 нс. Имеет стандартную нагрузочную способность.

Микросхема КР1533ЛН1 выполняет логическую операцию НЕ (not). Содержит шесть логических элементов. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 12 мВт (2,4 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 12 нс. Имеет стандартную нагрузочную способность.


Немного общей теории.

Высказывание - это повествовательное предложение, относительно которого можно определённо сказать, истинно оно или ложно. Например: "Луна - естественный спутник Земли" (истинное высказывание). "Два больше трёх" (ложное высказывание). "Лёша решил задачу" (это высказывание в каждом конкретном случае может быть истинным или ложным).

Предложения "Будь внимателен!", "Как Вы себя чувствуете?" и т. п. не являются высказываниями и в алгебре высказываний не рассматриваются.

Высказывания принято обозначать буквами латинского алфавита. Так высказывание "Трава зелёная" можно обозначить буквой A, высказывание "Лев - птица" - буквой B и т. д. Но в реальности из-за малого количества букв латинского алфавита, буквами лучше обозначать конкретные категории обширные, а уже внутри категории применять дополнительно цифровые обозначения, например A - это всё, что связано с неорганическими предметами в природе, B - это всё, что связано с органическими предметами в природе и т. д. Тогда, например, высказывание "Камень твёрдый" можно обозначить как A00000001, а высказывание "Кирпич белый" можно обозначить как A00000002 или "Кастрюля мягкая" - значение A00000003 и т. д. В алгебре высказываний отвлекаются от конкретного содержания высказывания, интересуются лишь вопросом, является ли оно истинным или ложным. Каждому верному высказыванию присваивается значение истинности 1 (истинно, true), каждому неверному - значение истиности 0 (ложно, false). Например: A00000001 = 1, A00000003 = 0.

Над высказываниями можно производить логические операции. В результате получаются новые высказывания, истинность которых определяется истинностью исходных высказываний и характером логических операций.

Соединение двух, или большего числа, высказываний союзом И (and) называется логическим умножением или конъюнкцией. Сложное высказывание A and B считается истинным только в том случае, если истинны оба входящих в него простых высказывания A и B. Истинность логического умножения определяется следующей таблицей:


Соединение двух, или нескольких, высказыванием союзом ИЛИ (or) называется логическим сложением или дизъюнкцией. Эта операция может обозначаться знаком +, но чтобы не было путаницы между логическим сложением и арифметическим, лучше использовать союз or. Сложное высказывание A or B истинно только тогда, когда истинно хотя бы одно из входящих в него высказываний A или B. Таблица истинности логической суммы имеет следующий вид:


Присоединение частицы НЕ (not) к данному высказыванию A называется отрицанием или инверсией A. Эта операция обозначается как A с чёрточкой над буквой:


и читается "не A". Если высказывание A истинно, то его отрицание not A, ложно и наоборот. Инверсии соответствует следующая таблица истинности:


С помощью этих трёх логических операций могут быть построены более сложные логические операции над высказываниями.

Сложное высказывание называется тождественно-истинным, если значение истинности его равно 1 при любых значениях истинности входящих в него простых высказываний. Например:


Сложное высказывание называется тождественно-ложным, если значение его истинности равно 0 при любых значениях истинности входящих в него простых высказываний. Например:


В формулах алгебры высказываний тождественно-истинные и тождественно-ложные высказывания можно заменять соответственно единицей или нулём. Например:


Алгебра высказываний полностью базируется на Булевой алгебре. В свою очередь Булева алгебра базируется на нескольких аксиомах, из которых выводят основные законы для преобразований с двоичными переменными. Булева алгебра оперирует двоичными переменными, которые условно обозначаются, как 0 и 1, и подчиняются условию:
x равен 1, если x неравен 0 и
x равен 0, если x неравен 1.
В её основе лежит понятие переключательной, или булевой функции вида f (x₁, x₂,...,x_n) относительно аргументов x₁, x₂,...,x_n, которая, как и её аргументы, может принимать только два значения - 0 и 1. Как частный случай, двоичные переменные могут постоянно сохранять одно из значений - 0 либо 1. Логическая функция может быть задана словесно, алгебраическим выражением и таблицей, которая называется таблицей истинности показанные выше для логических операций И, ИЛИ, НЕ, над высказываниями.

В качестве регистров, для хранения результата, используются микросхемы КР1533ИР23. Из восьми штук строится 64-разрядный регистр. Микросхема КР1533ИР23 - это восьмиразрядный синхронный регистр хранения информации, запись информации производится по спаду импульса отрицательной полярности (или по фронту импульса положительной полярности, что тождественно).


Информация на входах D1 - D8 может меняться как при лог. 0, так и при лог. 1 на входе, важна она лишь непосредственно перед переходом сигнала на входе С с лог. 0 в лог. 1.
Выходы микросхемы находятся в активном состоянии, если на вход Е0 подан лог. 0. Если же на вход Е0 подать лог. 1, выходы регистра переходят в высокоимпедансное состояние. Сигнал на входе Е0 не влияет на запись в триггеры, запись может производиться как при лог. 0, так и при лог. 1 на этом входе.
Максимальный уровень лог. 0 0,4 В при втекающем токе 12 мА и 0,5 В при 24 мА, уровень лог. 1 2,4 В при вытекающем токе 2,6 мА и 2,5 В при 0,4 мА. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 155 мВт (31 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 14 нс.

В дешифраторе выбора регистра и в дешифраторе выбора регистра для записи, применяется микросхема КР1533ЛН2. Она содержит шесть инверторов. Её отличие от КР1533ЛН1 в том, что она имеет выходы с открытым коллектором и имеет стандартную нагрузочную способность в состоянии лог. 0. Как известно для серии КР1533 выходной ток лог. 0 I⁰_вых имеет значение 8 мА стандартное значение. Что позволяет подсоединять 40 входов микросхем серии КР1533 имеющих входной ток лог. 0 I⁰_вх равный 0,2 мА. Или 20 входов микросхем серии К555, имеющих входной ток лог. 0 I⁰_вх равный 0,4 мА. Или 5 входов микросхем серии К155, имеющих входной ток лог. 0 I⁰_вх равный 1,6 мА. Так например в компьютере Радио-86РК всегда описывалось, что микросхема микропроцессора допускает подключение одного ТТЛ входа, но в данном случае это касалось К155 серии, так как микропроцессор допускает ток 1,9 мА, а К155 серия имеет I⁰_вх = 1,6 мА, но при использовании К555 серии, выход микропроцессора уже можно нагрузить четырьмя входами и останется запас в 0,3 мА, что позволит добавить и пятый вход, но микросхемы серии КР1533. А если нагружать только входами микросхем серии КР1533, то можно нагрузить девятью входами и останется запас в 0,1 мА.

При использовании микросхемы КР1533ЛН2, её выход необходимо соединять с источником питания при помощи резистора сопротивлением 1 кОм. Имеет среднюю потребляемую мощность P_ср 13 мВт (2,6 мА). Среднее время задержки распространения t_зср 34 нс. Положительное напряжение питания +5 В подаётся на вывод 14, а с общим проводом соединяется вывод 7. Ниже на рисунке показана микросхема КР1533ЛН2 и порядковые номера выводов в зависимости от их распределения по логическим элементам.



...