Классификация системы логических элементов, типовые схемы, параметры и характеристики

1.1.Основные понятия

Высказывание – одно из основных понятий логики – относительно высказывания можно утверждать, что оно имеет истинный или ложный смысл. В булевой алгебре отвлекаются от содержания высказывания, обозначения сами высказывания буквами Х, Y и другие. Истинность высказывания 1, а ложность – 0.

Высказывание, представленное в таком виде, является переменной алгебры логики или булевыми переменными. Операции, выполняемые над булевыми переменными, называются логическими операциями.

Функция y=f(x1, x2, …, xn) называется булевой, если она, как и её переменные, принимает значение 1 или 0.

Для задания булевых функций используют:

табличный способ (с помощью таблиц истинности, в которой приводятся все наборы аргументов и каждому набору ставится в соответствие значении функции; Число наборов, которые можно получить из n-аргументов, равно 2ⁿ)

аналитический способ (представляет функцию в виде выражения, составленному из булевых переменных и знаком операций).

ЛЭ называется электронное устройство, выполняющее логическую операцию над булевыми переменными, представленными в виде электрических сигналов. В современных ЛЭ использует потенциальное кодирование булевых переменных, при котором они представляются низким и высоким уровнями напряжения.

Если низкий уровень – 0, а высокий – 1, то такой способ кодирования называют положительной логикой.

Если наоборот, то отрицательной логикой.

В дальнейшем будет использовать положительную логику.

1.2.Классификация ЛЭ по выполняемым логическими операциям

1. Элемент НЕ (инвертор). Выполняет операцию НЕ (логическое отрицание, инверсию), которая изменяет значение булевой переменной на противоположное. Для обозначения этой операции используют горизонтальную черту над переменной (догадайся, как обозначается).

x	Y

Закон двойного отрицания:

2. Элемент ИЛИ (дизъюнктор). Выполняет операцию ИЛИ (логическое сложение, дизъюнкция). x1Vx2. Значение функции y=x1Vx2V…Vxn равно 0 только тогда, когда x1=…=xn=0. В остальных случаях y=1.

X1	X2	y

Тождества:

xV0=x; xV1=1; xVx=x; xV =1

3. Элемент И (конъюнктор). Выполняет операцию И (логическое умножение, конъюнкция). x1&x2, x1 x2, x1x2. Значение функции y=x1х2…xn равно 1 только тогда, когда x1=…=xn=1. В остальных случаях y=0.

X1	X2	y

x1     x2     y

Тождества: x&0=0; x&1=x; x&x=x; x& =0

4. Элемент ИЛИ-НЕ. Выполняет операцию ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса). х1↓х2 или (читается «или с отрицанием»). Значение функции y= =1 только при x1=…=xn=0. В остальных случаях y=0.

X1	X2	y

Правила Де Моргана: или

5. Элемент И-НЕ. Выполняет операцию И-НЕ (штрих Шеффера). x1|x2 или (читается «и с отрицанием»). Значение функции y= =0 только при x1=…=xn=1. В остальных случаях y=1.

X1	X2	y

Так же можно применить правило Де Моргана:

или

В состав некоторых серий ЦИС входят все рассмотренные типа ЛЭ, но в большинстве серий базовыми являются И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Это объяснятся их универсальностью, позволяющее создавать любые цифровые устройства только на элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ. В состав серий ЦИС имеются так же комбинированные логические элементы, выполняющие операции И-ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ и так далее

В условных буквенно-цифровых обозначениях ЦИС функциональное назначение логическое элементов кодируется двумя буквами.

Обозначение	Вид ЛЭ	Обозначение	Вид ЛЭ
ЛИ	И	ЛР	И-ИЛИ-НЕ
ЛН	НЕ	ЛБ	И-НЕ/ИЛИ-НЕ
ЛЛ	ИЛИ	ЛК	И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ
ЛА	И-НЕ	ЛМ	ИЛИ-НЕ/ИЛИ
ЛЕ	ИЛИ-НЕ	ЛД	Расширители
ЛС	И-ИЛИ	ЛП	Прочие

Примеры обозначения: 133ЛН1, К155ЛЛ1, 533ЛЛЕ4, 555ЛИ6, 530ЛА2, 1533ЛР11

1.3.Классификация ЛЭ по используемым транзисторным структурам

ЛЭ на БТ и ЛЭ на МДП.

1. На БТ. Как правило, применяют транзисторы n-p-n, которые характеризуются более высоким быстродействием, чем p-n-p, благодаря большей подвижностью электронов по сравнению с дырками. Кроме того технология изготовления БТ n-p-n проще.

Наиболее распространенными ЛЭ на БТ являются элементы ТТЛ (транзисторно-транзисторной логика), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ). Особой разновидностью БТ являются транзисторы с инжекционным питанием, на основе которых создаются И²Л (интегральная инжекционная логика).

2. На МДП. Чаще с индуцированным каналом. Среди них на n-канальных (nМОПТЛ) и на p-канальных (pМОПТЛ). Так же есть на комплементарных парах транзисторов (КМПОПТЛ).

Вопрос 2.

Характеристики и параметры ЛЭ делятся на статические и динамические. Статические характеристики и параметры соответствуют установившемуся режиму работы ЛЭ, а динамические – переходному режиму работы ЛЭ. Основной статической является передаточная характеристика.

2.1.Передаточная характеристика Uвых=f(Uвх).

Передаточная характеристика инвертирующего логического элемента, по которой можно определить его статические параметры.

2.2.Статические параметры ЛЭ:

1. Напряжение питания Uп.

2. Входное и выходное напряжение низкого и высокого уровня U⁰ и U¹.

3. Логический перепад ∆Uл=U¹- U⁰.

4. Среднее пороговое напряжение Uпор = 0,5(Uпор⁰+ Uпор¹).

5. Ток, потребляемый от источника питания Iпот.

6. Входной и выходной токи низкого и высокого уровней Iвх⁰, Iвых⁰, Iвх¹, Iвых¹

7. Средняя потребляемая мощность Pпот ср = 0,5(Pпот⁰ + Рпот¹) (Потребляемая мощность в состоянии логического нуля и логической единицы).

8. Коэффициент разветвления по выходу Kраз равен числу входов ЛЭ, которые можно подключить к выходу данного элемента. Параметр характеризует нагрузочную способность ЛЭ.

9. Напряжение и статические помехи Uпом = min(Uпом⁰,Uпом¹) наибольший уровень статической помехи не нарушающий нормальную работу логического элемента, где Uпом⁰ = Uпор⁰ - U⁰ помехоустойчивость при низком уровне входного сигнала (допустимое включающее помехи), а Uпом¹ = Uпор¹ - U¹ при высоком уровне входного сигнала (допустимая выключающая помеха)

2.3.Динамические параметры – характеризуют свойства ЛЭ в режиме переключения и определяются путем сравнения по времени входного и выходного сигналов.

1. Время задержки распространения при включении tзд.р^1,0

2. Время задержки распространения при выключении tзд.р^0,1

3. Среднее время задержки распространения tзд.р.ср = 0,5(tзд.р^1,0 + tзд.р^0,1)

На ряду с понятием статической помехоустойчивости используют понятие динамической помехоустойчивости, характеризующее способность ЛЭ противостоять действию импульсных помех, длительность которых соизмерима с временем переключения логических элементов. Чем выше быстродействие ЛЭ, тем ниже его динамическая помехоустойчивость.

2.4.Характеристика динамической помехоустойчивости – это зависимость допустимой амплитуды импульсной помехи Uдоп от его длительности tпом.

Для сравнительной оценки различных типов ЛЭ, в том числе изготовленных по разным технологиям, используют обобщенный параметр, называемый средней работой переключения

Aср=Pпот.ср *tзд.р.ср, который одновременно учитывает и потребляемую мощность и быстродействие. Чем меньше значение этого параметра, тем совершеннее технология и схемотехника ЛЭ.

49. Системы адресации в стеке ТСР/IP.

Используются 3 типа адресов: локальные, числовые и символьные.

Первые два типа используются программами и аппаратными средствами. Третий – пользователями.

Локальные адреса – это адреса, которые используются в базовой технологии подсетей для доставки данных в своих пределах. Между локальным и IP адресом нет функциональной связи и зависимости, но соответствие должно быть. Для этих целей применяется протокол ARP. Он нужен для того, чтобы узнать МАС по IP адресу

Маршрутизаторы содержат ARP таблицы – соответствие IP-МАС. Если внешняя станция запрашивает компьютер, для которого нет в таблице соответствия, то формируется ARP запрос на поиск соответствия. Та станция, которая в запросе узнает свой адрес формирует ARP ответ со своим МАС. В это время ожидающий пакет для передачи чаще всего уничтожается. Через некоторое время в эту подсеть опять присылается этот пакет, но к этому времени уже в ARP таблице есть соответствие.

В стеке TCP/IP локальный адрес – это тот, который используется базовой технологией подсети, который служит для доставки данных в своих пределах.

MAC-адрес – это локальный адрес сетевого адаптера.

Между локальным адресом и IP-адресом нет никакой функциональной (алгоритмической) связи, но имеется взаимооднозначное соответствие.

Зная IP-адрес можно определить локальный адрес (используя протокол ARP –address resolution protocol)

Зная локальный адрес можно определить IP-адрес (RARP – reverse ARP)

ARP-протокол формирует ARP-запрос и ARP-адрес, для которого формируетсяIP-адрес, т.е. {собственный IP-адрес, локальный адрес}. Этот запрос отправляется в локальную сеть (отправка широковещательная). И станция, которая узнает свой IP-адрес, формирует ARP-ответ, в котором указывается искомый локальный адрес и вARP-таблице появляется соответствие IP-адреса локальному адресу. В это время IP-пакет уничтожается (очень редко остается в буфере). Сама ARP-таблица появляется в маршрутизаторе, и этот маршрутизатор посылает отправителю сообщение, что пакет уже передан и посылает он его по протоколу ICPM – Internet Control Message Protocol. С помощью этого же протокола отправитель посылает сообщение, после чего пакет посылается заново. В глобальных сетях предусмотрены ARP сервера, которые решают соответствие IP-адреса локальному адресу.

Символьные имена – есть имена по географическому расположению (.ru), и по организациям (com,org,net). Соответствие между символьными и IP устанавливаетDNS служба. DNS – это служба основана на распределенной базе, отображения типа доменное имя – IP адрес. Данная служба работает по принципу клиент-сервер

147.35.27.80

10001101.00100011.00011011.01010000

Адрес подсети: 141.35.0.0

Адрес узла: 0.0.27.80

Для каждого домена создается свой ДНС-сервер, в котором хранится отображение типа (Доменное имя – IP-адрес), и для всех узлов, которые находятся на нижележащих уровнях. Кроме того, создаются ссылки на ДНС-сервера нижележащих уровней.

Пользователь может задать адрес + протокол,

например HTTP – hyper text transfer protocol,

В ДНС-службе используется технология бесклассовой междоменной адресации. Технология CIDR – classes Inter-Domain Routing

Основное назначение групповой адресации:

Распространение информации по модели: 1 источник – множество приемников. Для осуществления такой передачи используется протокол IGMP. Класс Е: начинается с комбинации 11110. адреса такого класса зарезервированы.

Содержимое первого байта IP адреса:

Класс А: 0 – 127, Класс В: 128 – 191, класс С: 192 – 223, класс D: 224 – 239, класс Е: 240 – 247.

Классы А, В и С предназначены для однонаправленной адресации, однако каждому классу соответствует свой размер сети. Класс А используется для самых крупных сетей, насчитывающих до 16 777 216 узлов. Класс В – это формат однонаправленной адресации для сетей среднего размера, содержащих до 65 536 узлов. Адреса класса С применяются в небольших сетях с однонаправленными коммуникациями и количеством хостов, не превышающем 254. Адреса класса D не связаны с размером сети, они предназначены лишь для групповых рассылок. Четыре байта адреса используются для указания группы адресов, которым предназначены широковещательные пакеты. Эта группа содержит узлы, являющиеся подписчиками таких пакетов. Адреса класса D выбираются из диапазона значений от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Пятый класс адресов, класс Е, используется для исследовательских задач и в первом байте содержит значения от 240 до 255.

Помимо классов, существуют некоторые IP-адреса специального назначения (например, адрес 255.255.255.255, который представляет собой широковещательный пакет, посылаемый всем узлам сети). Пакеты, имеющие в первом байте значение 127, используются для тестирования сети. Чтобы указать всю сеть, задается только идентификатор сети, а другие байты содержат нули.

Числовые адреса обычно называют IP адресами. Размер 4 байта.

Н-р: 141.35.27.80 (141.35-адрес subnet, 27.80-адрес узла).

Основной вид адресов – это 4х-байтовый адрес, каждый из которых хранится в виде десятичного числа, разделенные точками. Граница между адресами подсети и узла зависит от класса

Различают следующие классы IP-адресов:

A, B, C, D, У – классовая система адресации.