Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы»




Скачать 452.47 Kb.
НазваниеПрограмма, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы»
страница1/3
Дата публикации25.05.2013
Размер452.47 Kb.
ТипПрограмма
skachate.ru > Информатика > Программа
  1   2   3



«Прикладная электроника»
Программа, методические указания

и контрольные задания для студентов

заочного отделения

специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы»

Аннотация
Методические указания предназначены для студентов специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы». Настоящие указания составлены в соответствии с Рекомендациями по разработке методических указаний и контрольных заданий для студентов-заочников образовательных учреждений среднего профессионального образования и программой курса “Прикладная электроника” для студентов 230113 «Компьютерные системы и комплексы».

Они содержат программу курсов лекций по элементной базе электронных систем, основам аналоговоых и цифровых устройств, методические указания к ним, контрольные вопросы и контрольные задания. Программа разбита на разделы и главы, для которых указаны ссылки на основную литературу.
Содержание

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 3

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 5

Контрольные задания 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 26

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 30

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 31


^

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



Цель дисциплины «Прикладная электроника» состоит в том, чтобы сформировать навыки чтения не сложных схем аналоговой и цифровой электроники, понимания происходящих в них процессов, научить их производить элементарные рассчеты и применять на практике изделия электронной техники.

Дисциплина имеет тесную связь с такими дисциплинами как «Дискретная математика», «Цифровая схемотехника». Она является базовой для таких профессиональных модулей как «Применении микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования», «Проектирование цифровых устройств», «Техническое обслуживание и ремонт компьютерных систем и комплексов».

Изучение курса рекомендуется начать с самостоятельной проработки теоретического материала по учебникам и учебным пособиям [1,2,3], пользуясь методическими указаниями. При изучении курса постарайтесь ответить на все контрольные вопросы. Это залог усвоения курса и успешной сдачи экзаменов.

С целью приобретения практических навыков студенты выполняют лабораторные работы. Контрольные задания включают предварительные расчеты к самостоятельным работам.

В результате изучения дисциплины студент должен приобрести знания физических основ используемых явлений, принципов действия, параметров, характеристик электронных приборов и интегральных микросхем, принципов функционирования базовых элементов аналоговых и цифровых микросхем; уметь использовать полученные знания для правильного выбора электронных приборов и микросхем, определения режима их работы и эксплуатации.
^

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ



1. Роль электроники в современной науке и технике

Краткий исторический очерк развития электроники. Сигналы и элементы электронных устройств. Классификация элементной базы электронных устройств.

Методические указания

Обратите особое внимание на виды сигналов, классификацию элементов электронных приборов и устройств. Уясните преимущества электронных приборов и устройств. Оцените важность знаний в области электроники для Вашей будущей специальности.

Литература: [1, с.3-14; 3, с.13-16].

Контрольные вопросы

  1. По каким признакам классифицируются элементы электронных устройств?

  2. Какие параметры, характеризующие аналоговый и импульсный сигналы?

  3. Что называется спектром сигнала?



^ 2. Элементная база электронных систем
2.1 Резисторы, классификация, обозначение резисторов на схемах, основные виды резисторов, переменные и подстроечные резисторы, классы точности, основные параметры и характеристики, единица измерения сопротивления, ТКС, рассеиваемая мощность.

Методические указания

Обратите внимание на то, что сопротивление не является элементом электронного устройства, а является характеристикой электронного устройства, называемого резистором. Что влияет на характеристики резисторов и чем это влияние характеризуется. Обратите внимание на характеристики переменных резисторов.

Литература: [1, с. 14-19].
Контрольные вопросы

  1. Какие существуют резисторы?

  2. Какие классы точности применяются при изготовлении резисторов?

  3. Как определяется мощность рассеиваемая резистором?



    1. Конденсаторы, классификация, обозначение конденсаторов на

схемах, основные виды конденсаторов, переменные и подстроечные конденсаторы, классы точности, основные параметры и характеристики, единица измерения емкости, ТКЕ.
Методические указания

Важным является зависимость сопротивления конденсатора от частоты и то, что физическим элементом является конденсатор, а его характеристикой – емкость, зависящая от различных параметров.

Литература: [1, с. 20-23].
Контрольные вопросы

  1. Как зависит сопротивление конденсатора от частоты?

  2. Чем отличаются высокочастотные конденсаторы от низкочастотных?

  3. Что характеризует параметр ТКЕ?



    1. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, основные параметры и характеристики.


Методические указания

Нужно знать от чего зависит индуктивность катушки или дросселя, какие физические явления лежат в основе принципов работы элементов индуктивности, частотную характеристику сопротивления.

Литература: [1, с. 23-30].
Контрольные вопросы

  1. Как меняется сопротивление дросселя от частоты7

  2. Какие параметры имеет трансформатор?

  3. Чем отличается трансформатор от автотрансформатора?



    1. Физические основы полупроводников. электропроводность

полупроводников, носители заряда в них. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Равновесная концентрация свободных носителей заряда. Собственные и примесные полупроводники, донорные и акцепторные примеси, носители заряда.
Методические указания

Возможность изменения вида проводимости и широчайшего изменения ее величины явились предпосылкой расцвета полупроводниковой техники. Важно понимание возникновения избыточной (примесной) проводимости и соответственно типов примесей.

Литература: [1, с. 34-37].
Контрольные вопросы

  1. В чем отличие проводников, полупроводников и диэлектриков?

  2. В чем отличие собственного и примесного полупроводника?

  3. В чем состоит преимущество примесных полупроводников по сравнению с проводниками (металлами и их сплавами)?

  4. Назовите виды носителей зарядов.

  5. Как влияет температура на свойства полупроводника?



    1. Электронно-дырочный (p-n) переход.

контактная разность потенциалов (потенциальный барьер), ширина p-n-перехода. Динамическое равновесие диффузионного и дрейфового токов. Прямое и обратное включение р-n-перехода, токи перехода. вольт-амперная характеристика (ВАХ) и основные параметры p-n-перехода. Зависимость ВАХ и параметров р-n-перехода от температуры. Инерционные свойства, диффузионная и барьерная емкости р-n-перехода.
Методические указания
Обратите особое внимание на понятие как образуется p-n переход и на его смещение. При прямом смещении основные носители преодолевают потенциальный барьер и переходят в соседний слой. Переход основных носителей заряда в соседний слой, где они становятся неосновными, называется инжекцией. При обратном смещении через p-n переход протекает обратный ток. При достижении высокого напряжения происходит лавинный пробой. Лавинный пробой обратим. При увеличении тока и выделении большой мощности может произойти тепловой пробой. Он необратим и приводит к разрушению p-n перехода.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n перехода является основой понимания ВАХ всех полупроводниковых приборов. Нужно уметь объяснить ее вид на основе процессов на p-n переходе. При повышении температуры различные участки ВАХ изменяются по-разному. Падение напряжения на прямо смещенном переходе при повышении температуры уменьшается незначительно. Особенно сильно меняется обратный ток. При увеличении температуры напряжение лавинного пробоя растет. Нужно уметь объяснить такое поведение участков ВАХ.

Литература: [1, с. 37 ; 2, с. 31 – 32; 3, с. 17 - 18].

Контрольные вопросы

  1. Что такое p-n переход?

  2. Какие бывают p-n переходы?

  3. Что такое смещение p-n перехода?

  4. Объясните вид каждого участка ВАХ p-n перехода.

  5. Что такое лавинный пробой?

  6. Поясните, как и почему влияет повышение температуры на каждый участок ВАХ p-n перехода.

  7. Поясните переходные процессы при смещении p-n перехода.




    1. Полупроводниковые диоды.

Классификация и маркировка полупроводниковых диодов. Конструкция диодов. Вольт - амперная характеристика диода, ее отличия от идеальной. Основные параметры диода: статическое и дифференциальное сопротивление, коэффициент выпрямления, максимальное допустимое напряжение, мощность рассеивания диода. Разновидности диодов, их условные графические обозначения. Полупроводниковые стабилитроны и стабисторы. Вольтамперная характеристика и параметры стабилитронов. Применение. Варикапы. Вольт-фарадная характеристика и параметры варикапа. Применение.
Методические указания

Нужно знать разновидности диодов, их назначение, ВАХ и схемы включения в устройствах. ВАХ диода имеет такой же вид, как и ВАХ p-n перехода. Обратите внимание на параметры выпрямительных диодов. Обратите внимание на характеристик различных видов диодов: стабилитронов, варикапов, туннельных диодов и особенности их практического применения.

Литература: [1, 1, с. 37 - 42; 2, с. 31 – 35; 3, с. 17 - 25].
Контрольные вопросы

  1. Назначение различных видов диодов.

  2. Как выглядит ВАХ выпрямительного диода?

  3. Принцип действия стабилитрона.

  4. В каких случаях и почему вместо стабилитронов используют стабисторы?

  5. В чем заключаются особенности диодов Шоттки?.




    1. Транзисторы. Устройство и принцип действия биполярного

транзистора. Условно-графическое изображение p-n-p и n-p-n транзисторов. Параметры, основные соотношения для токов в транзисторе. Коэффициенты инжекции и передачи тока. Режимы работы транзистора. Схемы включения транзистора с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Статические ВАХ транзистора для схем включения с ОБ и ОЭ. Дифференциальные параметры транзистора в режиме малого сигнала. Графическое определение дифференциальных параметров. Зависимость параметров транзистора от температуры и частоты. Классификация и маркировка биполярных транзисторов.

Методические указания

Транзисторы по принципу действия делятся на биполярные (управляемые током), униполярные (управляемые электрическим полем или полевые). Нужно знать разновидности особенности биполярных транзисторов, их принципы действия, ВАХ и основные схемы включения. Нужно уметь нарисовать основные схемы включения транзисторов любого типа. Обратите внимание на параметры транзисторов, порядок их величин. Следует уметь сравнивать транзисторы по основным показателям, расчетно-графическим методом определять основные входные, выходные и передаточные параметры транзистора.

Литература: [1, с. 42 – 51; 2, с 35 – 43; 3, с. 26 - 30].

Контрольные вопросы

  1. Принцип действия биполярного транзистора.

  2. Объясните вид выходных характеристик биполярного транзистора.

  3. Сравните схемы включения биполярного транзистора. Укажите преимущества и недостатки схем по усилительным свойствам, частотным характеристикам и термостабильности.

  4. Нарисуйте схему простейшего усилительного каскада. Укажите назначение элементов.

  5. Чем отличаются входное и выходное сопротивления транзистора по постоянному току от параметров по переменному току?



    1. ^ Полевые транзисторы. Классификация полевых транзисторов и

их условно-графическое изображение. Конструкция, принцип действия, вольтамперные характеристики и параметры полевых транзисторов с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором со встроенным и индуцированным каналами (МДП-транзисторы). Схемы включения полевого транзистора.
Методические указания

Полевые транзисторы по принципу управления делятся на транзисторы с управлением p-n-переходом и управлением с помощью изолированного электрода. Нужно знать разновидности особенности этих транзисторов, их принципы действия, ВАХ и основные схемы включения. Нужно уметь нарисовать основные схемы включения транзисторов любого типа. Обратите внимание на параметры транзисторов, порядок их величин. Следует уметь сравнивать транзисторы по основным показателям, расчетно-графическим методом определять основные входные, выходные и передаточные параметры транзистора.

Литература: [1, с. 52 - 60; 2, с 43 – 48; 3, с. 31 - 33].

Контрольные вопросы

  1. Принцип действия транзистора с управлением p-n-переходом..

  2. Объясните различия в транзисторах со встроенным каналом и ндуцированным.

  3. Сравните схемы включения полевого транзистора. Укажите преимущества и недостатки схем по усилительным свойствам, частотным характеристикам и термостабильности.

  4. Нарисуйте схему простейшего усилительного каскада. Укажите назначение элементов.

  5. Чем отличаются входное и выходное сопротивления транзистора по постоянному току от параметров по переменному току?




    1. Тиристоры. Устройство и принцип действия. Вольтамперны

характеристики. Диаграмма управления. Переходные процессы в тиристорах. Параметры тиристоров. Разновидности тиристоров: симметричные тиристоры, запираемые тиристоры, динисторы. Групповое соединение тиристоров и диодов. Применение. Условно-графическое изображение. Маркировка тиристоров.

Методические указания

Наиболее часто тиристоры применяют в управляемых выпрямителях. В настоящее время тиристоры являются основными приборами в мощных преобразователях электрической энергии, особенно, в преобразователях связанных с сетью переменного тока. Нужно знать разновидности тиристоров, их принципы действия, ВАХ и схемы включения в устройствах преобразовательной техники. Принцип действия тиристора лучше изучить на двухтранзисторной модели. Основной способ включения тиристора – по управляющему переходу. Чем больше ток управления, тем при меньшем напряжении на аноде включается тиристор. Коэффициент передачи тиристора по току очень велик (тысячи) После включения тиристора ток управления можно прекратить, однако, тиристор будет удерживаться во включенном состоянии. Чтобы выключить тиристор, нужно уменьшить ток в цепи анода до очень малой величины или приложить к нему обратное напряжение. Таким образом, обычный тиристор – это прибор с неполной управляемостью. Возможность выключения – это большое преимущество запираемых тиристоров, но они имеют и существенный недостаток – их коэффициент усиления по току при выключении не превышает 3...4.

Следует уделить внимание переходным процессам в тиристорах. Обратите внимание на параметры тиристоров, порядок их величин, зависимость допустимого тока от условий работы тиристора.

Литература: [1, с. 60 – 64; 2, с. 48 – 53; 3, с. 34 - 37].

Контрольные вопросы

  1. Устройство и принцип действия тиристора.

  2. Чем отличается тиристор от симистора?

  3. Сравните динисторы, тиристоры, тринисторы, симисторы.

  4. Объясните вид анодной ВАХ тиристора.

  5. От чего и как зависит переходный процесс при включении тиристора?

  6. Как протекает процесс выключения тиристора?

  7. Почему напряжение на тиристоре не может нарастать слишком быстро?



    1. Фотоэлектронные приборы. Фотоэлектрические явления в полу

проводниках и переходах, фотопроводимость, фотогальванический эффект. Фоторезистор, фототранзистор, фототиристор.Оптроны.
Методические указания

В основе работы этих элементов лежит свойство полупроводников менять свою проводимость под действием оптического излучения. Существуют фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и фототиристоры. Важное значение эти устройства имеют для построения различных устройств управления с гальванической развязкой по питанию.

Литература: [1, с. 64 – 76; 2, с. 53 – 59].

Контрольные вопросы

  1. Какой принцип работы фотоприемника?

  2. Нарисуйте схемы включения фоторезисторов.

  3. Нарисуйте схемы включения фотодиодов.

  4. Нарисуйте схемы включения фототранзисторов..

  5. Нарисуйте схемы включения фототиристоров.




    1. Устройства отображения информации. Общие сведения, основ

ные параметры. Вакуумные люминесцентные индикаторы. Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы. Жидкокристаллические индикаторы. Электронно-лучевая трубка.

Методические указания

Среди общего многообразия устройств отображения информации важно понимать их различия по физическим принципам отображения информации. При изучении темы необходимо понять использование знакографических индикаторов в различных режимах отображения информации: статическом и динамическом (мультиплексном). Простейшим представителем единичного элемента полупроводникового знакосинтезирующего индикатора является светодиод.

Литература: [1, с. 96 – 115].
Контрольные вопросы

  1. Принцип работы светодиода.

  2. Как устроен и работет вакуумно-люминесцентный индикатор?

  3. Каковы конструктивные особенности жидкокристаллических индикаторов?

  4. Как устроен полупроводниковый семисегментный знакосинтезирующий индикатор7

  5. Как работает электронно-лучевая трубка в качестве компьютерного дисплея?



^ 3. Аналоговые устройства


    1. Источники вторичного электропитания. Общие сведения, од

нофазные одно- и двухполупериодные выпрямители. Сглаживающие фильтры. Параметрические и компенсационные стабилизаторы напряжения и тока.
Методические указания

При изучении этой темы необходимо получить четкие понятия о выпрямлении, представлять построение схем и работу одно-и двухполупериодного выпрямителя, построение сглаживающих фильтров, одно- и многозвенных а также активных фильтров. . Изучите схему параметрического стабилизатора напряжения и способ повышения его термостабильности. Разберитесь с принципами построения стабилизаторов компенсационного типа.
Литература: [1, с. 116 – 139; 2, с. 246 – 268; 3, с. 41 - 56].
Контрольные вопросы

  1. .Нарисуйте функциональную схему источника вторичного электропитания.

  2. Нарисуйте схему простейшего однополупериодного выпрямителя.

  3. Нарисуйте схему двухполупериодного выпрямителя.

  4. Постройте временные диаграммы токов и напряжений в однополупериодном и двухполупериодном выпрямителе.

  5. Зачем используют мостовые схемы выпрямителей.

  6. Какие бывают типы сглаживающих фильтров?

  7. Наховите достоинства и недостатки RC и LC фильтров.

  8. Как определяется коэффициент стабилизации?

  9. Какие недостатки у параметрический стабилизаторов?

  10. Какой принцип работы компенсационного стабилизатора?




    1. Электронные усилители. Назначение и классификация элек

тронных усилителей. Характеристики усилителей. Типовые схемы однокаскадного электронного усилителя. Дифференциальный усилитель. Режимы работы усилительных каскадов. Операционные усилители.
Методические указания

Устройства, усиливающие мощность входного сигнала за счет энергии источника питания называются электронными усилителями. В электронном усилителе имеется два канала: информационный канал и энергетический канал. По первому от входа к выходу передается информация за счет энергии, поступающей по второму каналу от источника питания (ИП). Все усилители делятся на усилители мгновенных значений сигнала и усилители действующих или средних значений сигнала. Здесь будем рассматривать только усилители мгновенных значений.

Свойства усилителей определяются их характеристиками и параметрами. Основной параметр усилителя коэффициент усиления (коэффициент передачи) усилителя. Линейные (частотные) искажения являются важнейшим показателем качества усилителей. Это такие искажения, при которых сохраняется форма синусоидального входного сигнала, но коэффициент усиления изменяется при изменении частоты. При этом, если входной сигнал несинусоидален, то выходной сигнал будет отличаться и по форме. Линейные искажения определяются по амплитудно-частотной характеристике. Нелинейные искажения определяются амплитудной характеристикой (АХ). Нелинейные искажения возникают, когда усилитель начинает работать на нелинейных участках АХ, и форма выходного сигнала начинает отличаться от формы входного синусоидального сигнала. Когда сигнал на входе имеет произвольную форму, то пользуются понятием передаточная характеристика.

Обратная связь  это передача части мощности с выхода или промежуточного звена на вход. Обратите внимание на преимущества отрицательных обратных связей и их широчайшее применение. Обратите внимание на нецелесообразность применения положительной обратной связи в усилителях.

Дифференциальный (балансный) усилительный каскад (ДУ) имеет ряд преимуществ: входной сигнал подается относительно земли, малый дрейф нуля, ослабляется синфазный сигнал, что обеспечивает высокую помехоустойчивость, так как помехи одновременно поступают на оба входа.

Выходной каскад усиления мощности с заземленной нагрузкой обеспечивает усиление мощности. При этом выходной сигнал снимается относительно земли. Эти каскады являются основой создания операционных усилителей.

Операционный усилитель (ОУ)  это усилитель постоянного тока прямого усиления с дифференциальным входом, предназначенный для выполнения математических операций. Обратите внимание на передаточные характеристики ОУ по инвертирующему и неинвертирующему входам. Современные ОУ характеризуются очень высоким коэффициентом усиления (ku=103...107) и очень большим входным сопротивлением (до 107 Ом). При анализе схем с ОУ обычно применяют допущения, существенно упрощающие расчеты:

1) входное сопротивление , оно действительно велико, см. выше;

  1. напряжение непосредственно на входе в точке суммирования . Оно мало по сравнению с выходным и с входным напряжениями, т.к. ku очень велико).

Чтобы ОУ выполнял различные операции, его по-разному включают, охватывают различными обратными связями. Коэффициент усиления инвертирующего и неинвертирующего усилителя определяется отношением резисторов и не зависит от коэффициента усиления операционного усилителя. Нужно уметь определить какой сигнал будет на выходе интегратора, если известен сигнал, подаваемый на вход.

Литература: [1, с. 149 – 219; 2, с.. 61 – 144; 3, с. 58 - 75].

Контрольные вопросы

  1. Что такое коэффициент усиления (коэффициент передачи)?

  2. Что можно определить по АЧХ?

  3. Что можно определить по амплитудной или передаточной характеристике?

  4. Какие параметры и характеристики относятся к информационному, а какие к энергетическому каналу?

  5. Что такое ОС?

  6. Что такое коэффициент передачи цепи ОС?

  7. Преимущества и недостатки ООС.

  8. Преимущества и недостатки ПОС.

  9. Какие существуют классы усилителей,и какие отличия?

  10. Какой принцип построения операционных усилителей?




    1. Импульсные устройства, автогенераторы. Общие сведения,

простейшие формирователи импульсов. Электронные генераторы, мультивибратор, генератор импульсов треугольной формы, генератор пилообразного напряжения.

Методические указания

К импульсным устройствам относят функциональные узлы, предназначенные для формирования импульсных сигналов требуемой формы и выполнения над ними различных операций и преобразований, таких как интегрирование, дифференцирование, задержки по времени, изменения формы, длительности, селекции по амплитуде и.т.д. Существуют простейшие формирователи импульсов на примере простого транзисторного ключа, так и схемы электронные генераторы сирналов различной формы.

Электронный генератор это электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной частоты и формы, используя энергию источника постоянного напряжения (тока).
Литература: [1, с. 220 – 266; 2, с. 144 – 160; 3, с. 76 - 91].
Контрольные вопросы

  1. Какое назначение генераторов гармонических сигналов?

  2. Какой принцип работы LC генератора?

  3. Какой принцип работы генератора типа RC ?

  4. Какой принцип работы мультивибратора на транзисторах?

  5. Какие есть принципы построения генераторов прямоугольных импульсов?

  6. Как рассчитывают скважность импульсов?

  7. Какой принцип формирования сигналов пилообразной формы?

  8. Какие существуют типы формирователей сигналов специальной формы?

  9. Как работают ограничители сигналов?



^ 4. Цифровые устройства

4.1 Основы цифровой логики, кодовые слова. Схемотехнологический базис цифровых устройств: транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ); транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ); интегральная инжекционная логика (И2Л); р-канальная МОП логика (р-МОП); n-канальная МОП логика (n-МОП); комплементарная МОП логика (КМОП); эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ).

Методические указания

Цифровые схемы, которые управляются уровнями напряжения, называются потенциальными. Для каждого типа логики характерны свои потенциальные уровни. Внимательно изучите достоинства и недостатки каждого типа логики с целью понимания для решения каких видов задач применяется тот или иной тип логики.

Литература: [1, с. 268 – 283; 2, с. 162 – 172].
Контрольные вопросы

  1. Какой тип микросхем обладает самым малым энергопотреблением?

  2. Какой тип логики является самым быстродействующим?

  3. Какие отличия в параметрах ТТЛ и ТТЛШ?



    1. Логические основы цифровых устройств, основные логические

операции и способы их аппаратной реализации, комбинационные и последовательностные устройства. Функциональные узлы цифровых устройств: шифраторы и дешифраторы; мультиплексоры и демультиплексоры; полусумматоры и сумматоры; цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи; регистры и запоминающие устройства; триггеры и счетчики; арифметико-логические устройства.

Методические указания

Цифровыми называют устройства, предназначенные для формирования, преобразования и передачи кодовых слов. При этом кодовые слова (коды и числа) в электронных цифровых устройствах представляются в виде последовательностей электрических импульсов (сигналов с двумя уровнями напряжения: высоким и низким), а их преобразования осуществляются арифметическими, логическими, запоминающими и вспомогательными устройствами.

Арифметические устройства предназначены для выполнения арифметических операций над бинарными кодовыми словами. Логическими устройствами называют схемные элементы, с помощью которых осуществляется преобразование поступающих на их входы двоичных (бинарных) сигналов и непосредственное выполнение предусмотренных логических операций. Запоминающими назывют такие устройства, которые обладают свойствами длительно сохранять поступающую в них информацию без изменения её содержания и отправлять её по команде в другие устройства. Вспомогательными являются все устройства, предназначенные для образования надёжных связей между арифметико-логическими и запоминающими функциональными узлами и внешними устройствами.

Логические делятся на комбинационные и последовательностные элементы. Принцип действия комбинационных схем рассмотрите на примере схемы типа ТТЛ. Состояние входов и выходов логического элемента характеризуется таблицей истинности. Обратите внимание на характеристики, а также статические и динамические параметры.

Логические схемы с памятью могут создаваться на основе комбинационных схем. Триггер  это элементарная последовательностная схема с двумя устойчивыми состояниями выходов. Триггеры являются основой для построения регистров, счетчиков и др. устройств. По структуре триггеры делятся на: RS-триггеры, JK- триггеры, Т-триггеры, D-триггеры и др. Обратите внимание на достоинства и недостатки каждого типа.

Устройство, осуществляющее автоматическое преобразование входных значений, представленных числовыми кодами, в эквивалентные им значения какой нибудь физической величины (напряжения, тока и др.),называют цифроаналоговым преобразователем (ЦАП). Устройство, осуществляющее автоматическое преобразование непрерывно изменяющихся во времени аналоговых значений физической величины(напряжения, тока) в эквивалентные значения числовых кодов, называют аналог-цифровым преобразователем (АЦП).

Литература: [1, с. 283 – 290; 2, с. 172 – 187; 3, с. 93 - 149].
Контрольные вопросы

  1. Чем отличаются цифровые устройства от аналоговых?

  2. В чем отличие последовательностных схем от комбинационных?

  3. В чем отличие синхронных схем от асинхронных?

  4. Что такое таблица истинности?

  5. Основные виды триггеров.

  6. Назовите характеристики комбинационных ИМС и объясните их вид.

  7. Что можно определить по характеристикам комбинационных схем?

  8. Каковы назначение и функциональные схемы мультиплексора и демультиплексора?

  9. Какие операции выполняются при цифроаналоговом преобразовании?

  10. Приведите схему десятичного счетчика.

12. Что будет с RS-триггером, если на его входы подать запрещенную комбинацию сигналов?

13. В чем преимущества синхронных схем перед асинхронными?

  1. 14. В чем преимущества JK-триггера по сравнению с RS-триггером?

  1. Как превратить JK-триггер в T-триггер?



^ 4.3 Микропроцессорные устройства. Основные типы микропроцессоров и архитектура вычислительных устройств, структура и функционирование микропроцессора. Микропроцессорные комплекты с разрядно-модульной организацией и однокристальные микропроцессоры. Микроконтроллеры.
Методические указания

Микропроцессор – это программно-управляемое устройство обработки цифровой информации, реализованное в виде БИС илиСБИС, т.е. устройство способное выполнять под программным управлением обработку информации (включая ее ввод и вывод0, арифметические и логические операции.

В связи с широким спектром возможных применений эволюция архитектуры микропроцессоров шла по нескольким различным направлениям, в результате чего появились следующие их классы:

  • Простые однокристальные 4-, 8-, и 16-разрядные контроллеры невысокой производительности для применения в бытовых приборах и небольших подсистемах;

  • Быстродействующие секционные комплексы микропроцессорных БИС для создания высокопроизводительных вычислительных устройств произвольной разрядности, адаптируемых к алгоритмам обработки данных на микропроцессорном уровне;

  • Мощные однокристальные 32- и 64-разрядные микропроцессоры;

  • Процессоры цифровой обработки сигналов, подключаемые к стандартным интерфейсам микро-ЭВМ для обработки алгоритмов, таких как быстрое преобразование Фурье;

  • Аналоговые процессоры – устройства, включающие АЦП, ЦАП, устройства цифровой обработки и представляющиеся пользователю как системы с аналоговым входом и аналоговым выходом.

В зависимости от набора и порядка выполнения команд все микропроцессоры можно разделить на четыре группы:

  • Микропроцессоры CISC классической архитектуры с полным набором (более 200) команд форматом от 1 до 20 бит с использованием более 10 способов адресации, используемые в большинстве современных персональных компьютеров типа IBM PC. Такое многообразие выполняемых команд, способов адресации и наличие 8 или 16 регистров общего назначения (РОН) позволяет разработчику реализовать наиболее эффективные алгоритмы решения различных задач. Однако при этом существенно усложняется структура МП, особенно его устройство управления, что приводит к увеличению размеров и стоимости кристалла, снижению производительности;

  • Микропроцессоры RISC с небольшим набором (около 100) команд с фиксированным форматом длиной 4 байта и числом РОН от 32 до нескольких сотен, в результате чего МП с RISC архитектурой на 20…30% реже обращается к оперативной памяти. Такие микропроцессоры содержат набор только простых, чаще всего встречающихся в прграммах, команд, а при необходимости выполнения более сложных команд в RISC-процессоре производится их автоматическая сборка из простых команд. Размеры МП с RISC-архитектурой меньше, как и цикл разработки RISC-процессора, а их быстродействие выше по сравнению с процессорами c CISC- архитектурой. Начиная с процессора Pentium корпорация Intel начала внедрять элементы RISC- технологии в свои изднлия: во многих современных CISC-процессорах (в современных моделях МП Pentium и AMD) используется RISC-ядро, выполняющее обработку данных;

  • Микропроцессоры MISC, работающие с минимальным набором команд. Увеличение разрядности процессоров привело к идее укладки нескольких команд в одно слово размером 128 бит. Оперируя с одним словом, MISC-процессор получил возможность обрабатывать сразу несколько команд, и даже обрабатывать несколько потоков данных. Порядок выполнения команд распределяется таким образом, чтобы в максимальной степени загрузить маршруты, по которым проходят потоки данных. Компоненты MISC-процессора просты и работают с высокими скоростями;

  • Микропроцессоры VLIW, использующие очень длинные команды (128 бит и более), отдельные поля которых содержат коды, обеспечивающие выполнение различных операций. Специальный кампилятор планирования перед выполнением прикладной программы проводит её анализ, и по множеству ветвей последовательности операций определяет группу команд, которые могут выполняться параллельно. Каждая такая группа образует одну сверх-длинную команду. Это позволило выполнять в течение одного такта группу коротких команд и упростить структуру VLIW-процессора. Данная архитектура реализована в микропроцессорах моделей PA850 (совместной разработки компании INTEL и Hewlett-Packard), в некоторых типах цифровых сигнальных процессоров (DSP) и является весьма перспективной для создания нового поколения сверхвысокопроизводительных процессоров.

Более подробное, детальное изучение МП выходит за рамки настоящего курса, требуется лишь получить четкое и ясное представление по основополагающим принципам построения МП и микропроцессорных систем.

Литература: [3, с. 151 – 168].

Контрольные вопросы

  1. Какие существуют типы микропроцессоров?

  2. Каковы главные различия между классами CISC. RISK. MISC и VLIW процессорами?

  3. Что такое магистральная архитектура вычислительного устройства?

  4. Какие архитектуры вычислительных устройств вы знаете?

  5. Что такое команда? Что описывает команда? Какова система команд вычислительного устройства?

  6. Поясните структуру и функционирование типового 8-разрядного микропроцессора.

  7. Каково назначение регистров в микропроцессоре?

  8. Каким образом процессор при выполнении программы осуществляет выбор очередной команды?

  9. Какие блоки (узлы) входят: а) в микропроцессор?; б) в микроконтроллер?; в) в микропроцессорную систему?

  10. Назовите компоненты микропроцессорной системы.Что входит в состав чипсета?


  1   2   3

Похожие:

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания, программа и контрольные задания для студентов...
Математика. Экономико-математические модели : программа, методические указания и контрольные задания для студентов 4 – 5-го курсов...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания, программа и контрольные задания для студентов...
Математика. Экономико-математические модели : программа, методические указания и контрольные задания для студентов 4 – 5-го курсов...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания, программа и контрольные задания
Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconКонтрольные задания и методические указания для студентов заочного отделения 08011
...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания и контрольные задания для студентов факультута...
Методические указания и контрольные задания для студентов заочного обучения по дисциплине «Корпоративная социальная ответственность»...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconМетодические указания и контрольные задания по учебной дисциплине...
Методические указания учебной дисциплины разработаны на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее –...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» icon«Эконометрика» Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения
Эконометрика: Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения / Авт сост к ф м н. Малаховский Н....
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» iconТеория бухгалтерского учета
Учебная программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения, обучающихся

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница