Hradla, klopné obvody RS, Polovodičové paměti

Hardware PC Hardware Hradla, klopné obvody RS, Polovodičové paměti

Booleova algebra

  • Logická proměnná (1bit)
    • 0 -false F (nepravda) log 0
    • 1 -true T (pravda) log 1
  • zabývá se vztahy mezi logickými proměnnými
  • vztahy popisují logické fce

Základní logické fce (hradla)

Logický součet OR (v disjunkce)OR

Zápis -> Y = A+B

Pravdivostní tabulka

or
  

Logický součin AND (^ konjunkce)AND

Zápis -> Y = A * B

Pravdivostní tabulka

AND

 

Negace NOTNOT

Zápis -> NOT

Pravdivostní tabulka

NOT                                                                                                                                               

 

Negovaný logický součet NORNOR

Zápis -> NOR

NOR

 

Negovaný logický součin NANDNAND

Zápis -> Y = NAND

Pravdivostní tabulka

NAND

 

Nonekvivalence (exklusive or) XORXOR

 Zápis -> XOR

Pravdivostní tabulka             

XOR

-pomocí log. Členu XOR je realizována poloviční sčítačka (sčítání na nejnižším bitu)

 

Ekvivalence XNORXNOR

komutátor

Zápis -> XNOR

Pravdivostní tabulka

XNOR

 

 

Logický obvod

  • je obvod, kde každá veličina na vstupu i na výstupu nabívá v ustáleném stavu jedné ze dvou hodnot a který obsahuje takové prvky u nichž vstupní i výstupní vleličiny nabívají také jedné ze dvou hodnot
  • obsahuje logické členy (hradla), které relizují log. fce

rozdělení log. obvodů

  1. kombinační log. obvody
    • jsou jednodušší
    • výstupy u těchto obvodů v určitém časovém okamžiku závisý pouze na vstupních hodnotách, to znamená že tyto obvody nemají paměť

logický obvod blokové znázornění

  1. Sekvenční logické obvody
    • výstupní hodnota v určitém časovém okamžiku závisí nejen na vstupních hodnotách ale i na poslounosti předcházejících vstupních hodnot
    • tyto obvody mají paměť která zaznamanává vnitřní stavy závislosti
    • na signálech které postupně přicházeli do obvodu

Klopné obvody

posuvné registry

čítače

n - počet vstupů

m - počet výstupů

k - počet místních stavů


Klopné obvody

  • nejjednoduší sekvenční obvody
  • paměťové členy v logických obvodech
  • posuvné registry
  • v čítačích
  • statistické paměti: paměťovací buňka je realizována klopným obvodem
  • úkolem klopných obvdů je zaznamenat přítomnost informace

    Klopné obvody dělíme:

  1. bistabilní
    • dva stabilní stavy
    • první stabilní stav přechází na druhý skokem

Př:

  • registry
  • dělič frekvence statické Pam obvody
  1. monostabilní
    • výstupním signálem je jeden impuls, který vznikne převedením signálu

Př:

  • generování jednotlivých impulsů
  1. astabilní
    • nemají žádný stabilní stav
    • signály jsou periodické impulsy
    • amplitudy frekvence zavisí na paramterech obvodu
    • používají se jako zdroje taktovacích signálů

Klopný obvod RS (KO-RS)

  • Nejjednodušší
  • Bistabilní
  • Asynchronní

Blokové schéma – schematická značka :

blokové schéma KO-RS

pravdivostní tabulka RS klopného obvodu

 KO-RS z hradel NOR a NAND


pravdivostní tabulka rs klopného obvodu z hradel nand

 

Časový diagram klopného obvodu RS  

Časový diagram klopného obvodu RS

Polovodičové paměti a jejich použití

  • Paměť – médium (neboli prostředí), které umožňuje uchovávat informaci
  • Paměť PC – je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat s nimiž počítač pracuje
  • Elementární paměť – základní paměťová buňka, která uchovává 1bit informace (0,1)

 

Rozdělení pamětí (v počítači):

  • Registry – paměťová místa na čipu procesoru, která jsou používána pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací, realizovány KO
  • Interní (vnitřní) operační paměti – paměti osazené na základní desce, realizují se pomocí polovodičových součástek. Jsou do nich zaváděné právě spouštěné programy nebo jejich části a data se kterými pracují
  • Externí (vnější) paměti – jsou realizovaná zařízeními, která používají výměnná média v podobě disků. Záznam do externích pamětí se provádí na elektrickém, magnetickém, nebo optickém principu. Slouží pro dlouhodobé uchování informací a zálohování dat.

 

Parametry pamětí:

  1. Kapacita – množství informací, které je možné do paměti uložit. Udává se v Bytech.
  2. Přístupová doba – doba, kterou je nutné čekat od zadání požadavku do zpřístupnění požadované informace
  3. Šířka přenosu (toku) dat – počet bitů přenášených po sběrnici. Jednotkou bit
  4. Přenosová rychlost – je množství dat, které lze z paměti přečíst (zapsat) za jednotku času. Jednotkou [b, B/s]
  5. Spolehlivost – střední doba mezi dvěma poruchami paměti
  6. Cena za bit – cena, kterou je nutno zaplatit za jeden bit paměti
  7. Rozdělení pamětí podle různých hledisek
  • Podle délky uchování informace
    • Statické paměti – uchovávají informaci po celou dobu, kdy je paměť připojena ke zdroji el. napětí
    • Dynamické paměti – danou informaci ztrácí v době, kdy jsou připojeny k napájení. Informaci je nutné periodicky obnovovat aby nedošlo k její ztrátě (refresh paměti)

 

  • Destruktivnost při čtení
    • Destruktivní při čtení – přečtení informace z paměti vede ke ztrátě informace a přečtená informace musí být následně po přečtení opět do paměti zapsána
    • Nedestruktivní při čtení – přečtení informace žádným způsobem tuto informaci neovlivní

 

  • Energetická závislost
    • Energeticky závisle (volatilní) – po odpojení zdroje ztratíme vložené informace
    • Energeticky nezávislé (non volatilní) – po odpojení zdroje se informace neztratí

 

  • Přístup
    • Sekvenční (sériový) – SAM (serial access memory). Před zpřístupněním informace z paměti je nutné přečíst všechny předcházející informace
    • Přímý (libovolný) – RAM (random access memory). Je možné zpřístupnit přímo požadovanou informaci

 

  • Podle možnosti zápisu a čtení
    • Zápis a čtení = RWM (read write memory)
    • Čtení – ROM (read only memory)
    • Cyklus paměti – zápis informace -> její uchování  (zapamatování )-> čtení

 

  • Podle technologie
    • Podle typu tranzistoru
      • Bipolární – TTL, ECL
      • Unipolární – (MOS) – PMOS, NMOS, CMOS (LSI, VLSI)

 

Vnitřní paměti:

                Fyzikální princip paměti

  • Jedna buňka (elementární ) – tvořena miniaturním el. Prvkem a tento paměťový prvek určitou vlastností celé paměti
  • 8 bitů = 1 Byte
  • Jednotlivé prvky jsou spojeny řádkovými a sloupcovými vodiči
  • Celá paměť organizována do matic

 

Struktura vnitřní paměti

 struktura vnitřní paměti

  • Čtení paměti
    • V dekodéru adres se vybere příslušný adresový vodič (adresa žádaného zadaného místa) a nastaví se na něm hodnota logické jedničky a podle toho jak jsou propojeny paměťové buňky s datovými vodiči (bity 1-4) projde hodnota log. Jedničky po datovém vodiči do zesilovače a na výstup bitu

 

  • Zápis do paměti – dekodér adres vybere adresový vodič příslušné zadané adrese a nastavý na něj hodnotu log. Jedničky, potom nastaví bity b1 – b4 na hodnoty, které se budou do paměti vkládat

 

Feritové pamětí

  • Trvalé
  • Základ tvoří feritová jádra (prstence, které jsou protkány vodiči)

 

Hysterezní smyčka feritového jádra

hysterezní smyčka feritového jádra

  • Feritovými jádry prochází soustava vodičů, která umožňuje čtení a záznam informace
  • K překlopení feritového jádra z jednoho stabilního stavu do druhého musí být uvnitř jádra mag. Pole jehož intenzita H je určena hodnotou jmenovitého proudu přepočítaného na jediný vodič
  • Směr proudu určuje, do kterého ze stabilních stavů se jádro překlopí
  • Přechod feritového jádra z jednoho stabilního stavu do druhého vyvolá ve čtecím vodiči, který prochází překlápěným jádrem, výstupní impulz řádově desítky mV

 

Paměti typu ROM

  • Pouze ke čtení informací
  • Static
  • Energeticky nezávislé
  • BIOS

 

1. ROM

  • Programování u výrobce
  • Drahé paměti
  • Výroba se vyplatí při velkém množství (>10k)

rom

rom

2. PROM (programable)

  • Ve speciálním zařízení
  • Natrvalo

 prom

Přepálení proud 10 mA

 

Zapojení pomocí spojek

zapojení pomocí spojivek 

a)      Bipolární tranzistor          b), c) unipolární tranzistor           d)polovodičová dioda

 

 

3. EPROM (Erasable PROM)

  • Paměť je realizována tranzistory typu MOSFET s plovoucím hradlem
  • Informaci drží 10 let
  • Uživatel si programuje paměť sám ve speciálním programátoru
  • Opatřena křemíkovým okénkem, které slouží k mazání paměti
  • Statická, energeticky nezávislá – pouze větvení

4. EEPROM (Elextrically EPROM)

  • Mazatelná el. Signálem
  • Před zápisem je potřeba vymazat
  • Statická, energetická, pouze ke čtení
  • NMOS – unipolární tranzistor

5. Flash EEPROM – mžikové

  • Rychlé

 

Paměti RWM – RAM

  • Read and write
  • SRAM (statické)
  • DRAM (dynamické)

 

1. SRAM

  • Paměťová buňka je tvořena bistabilním klopným obvodem
  • Nízká přístupová doba 7,5 – 15 ms
  • Realizovány tranzistory TTL
  • použití: cache paměti

2. DRAM

  • Paměťová buňka tvořena miniaturním kondenzátorem
  • Refresh pamětí (ztráta informací)
  • Větší kapacita, pomalejší (60-70 ms)

 dram v technologii ttl

Realizace jedné buňky paměti DRAM v technologii TTL

  • Zápis: na adresový vodič se přivede hodnota logická 1. Tím se tranzistor T otevře. Na datovém vodiči je umístěna zapisovaná hodnota (např. 1). Tato hodnota projde přes otevřený tranzistor a nabije kondenzátor. V případě zápisu nuly dojde pouze k případnému vybití kondenzátoru (pokud byla dříve v paměti uložena hodnota 1).
  • Čtení:  na adresový vodič je přivedena hodnota logická 1, která způsobí otevření tranzistoru T. Jestliže byl kondenzátor nabitý, zapsaná hodnota přejde na datový vodič. Tímto čtením však dojde k vybití kondenzátoru a zničení uložené informace. Jedná se tedy o buňku, která je destruktivní při čtení a přečtenou hodnotu je nutné opět do paměti zapsat.

 

Rozdělení DRAM pamětí podle režimů

1. SDRAM (synchronous DRAM)

  • Pracují na stejném principu jako je takt na základní desce
  • Vybavovací doba 8-10 ms
  • Použití: u modulů SRAM

133MHZ -> 1,04 GB/s (3,3V – DIMM SRAM)

2.  DDR (Double Datarate Rate)

  • Pracují na náběžné i sestupní hraně
  • Použití: Pentium 4, Athlony

impulzy ddr

3. DDR2 (200MHz)

  • Pracují na náběžné i sestupní hraně

200Mhz -> 800Mhz (1,8 V)

 

4. DDR3

  • 1,5 V
  • F – 1600 MHz -> 12,86 GB/s
  • F – 1333 MHz -> 10,66 GB/s
  • Intel COre 2
  • AMD     16GB
  • Použití na serverech

 

5. RDRAM (Rambus DRAM)

400 MHz (16b) -> 800 MHz -> 1,6 GB/s

  • Dva kanály pro přenos (3,2 GB/s)

 

Fyzická organizace OP

  • Bank (slot na motherboard)
  • Pouzdra DIP (PCIXT -> I8086, PCIAT -> I80286)
  • SIMM – Pentium
  • DIMM (Dual Inline Memory Module)
    • Staré PC (168 pinů – 64b)
    • 3,3 V
    • F – 66; 100; 133MHz -> PC66; PC100; PC133
  • DDR DIMM (Double Datarate DIMM)
    • 184 pinů
    • 2,5 V
  • DDR2 DIMM
    • 1,8 V
    • Vyšší frekvence 400MHz
    • 240 pinů
  • RIMM (Rembus Inline Memory Module)
    • 184 pinů
    • Paměťové typy jsou uspořádány sekvenčně
    • Neobsazené patice musí být osazeny propojovacím modulem
    • 16b

 

Druhy paměťových modulů

  • Paměťové moduly existují v několika provedeních
  • ECC – Samoopravný kód
  • NeECC (NonECC) – PC
  • Registered moduly -> I/O buffery
    • Buffer – vyrovnávací paměť při přenosu dat, zvyšující stabilitu a spolehlivost přenosu dat
  • Unbuffered
  • DDR Dual channel
    • Ke zvýšení propustnosti dat mezi chipsetem a OP se používá dvojité uspořádání paměťových kanálů

Intel – severní most <-> OP                                                     AMD – Procesor <-> OP

 dual channel intel, amd 

Dvoukanálový řadič paměti:

  • Se do režimu z dvojitou propustností přepne pouze jsou-li splněny následující podmínky:
  1. Moduly se musí osazovat v párech
  2. Oba dva kanály musí být osazeny stejným typem paměťového DIMMu (Dual channel kit)
  3. Každý DIMM musí být umístěn na jinou sběrnici

 

  Aktivity (1)

Článek pro vás napsal David Jančík [sczdavos]
Avatar
Autor je vášnivý programátor v .NET C# a PHP. Nezná slovo "nelze", nebojí se zkoušet nepoznané a pronikat do nových technologií.

Jak se ti líbí článek?
Celkem (2 hlasů) :
55555


 


Miniatura
Předchozí článek
Logické obvody 1 - Úvod
Miniatura
Všechny články v sekci
Hardware

 

 

Komentáře

Avatar
daniel
Neregistrovaný
Avatar
daniel:

nazdar mam takyto algoritmus a potreboval by som to dat do casoveho diagramu
__ __
A1->K1->M1->K2->M2->K4->M1->K3->M2

pomoze mi s tym dakto? alebo aspon dake skripta alebo daco kde navod ako na to
dik

 
Odpovědět 2.7.2013 22:32
Avatar
Andrej Farkaš:

Musím povedať, že devbook je skvelý web a som rád, že som ho objavil. Perfektné návody, články! Držím palce :-)

Odpovědět 14.10.2013 10:20
Live. Love. Learn.
Děláme co je v našich silách, aby byly zdejší diskuze co nejkvalitnější. Proto do nich také mohou přispívat pouze registrovaní členové. Pro zapojení do diskuze se přihlas. Pokud ještě nemáš účet, zaregistruj se, je to zdarma.

Zobrazeno 2 zpráv z 2.