Dijital bilgi işleme cihazları dijital cihazlardır. Dijital bilgi işleme cihazları

Dijital teknolojilerin gelişimi sırasında, çeşitli türlerde bilgisayarlar geliştirildi. Birçoğu uzun zamandır unutuldu, ancak diğerleri modern bilgi işlem sistemlerinin gelişimi üzerinde güçlü bir etkiye sahip oldu. Burada, insan düşüncesinin modern bilgisayar teknolojisi anlayışına nasıl geldiğini göstermek için bilgisayarların geliştirilmesindeki bazı aşamalara kısa bir genel bakış sunacağız.

Sonuçlarını saymayı veya ezberlemeyi kolaylaştıran cihazlar uzun zamandır bilinmektedir, ancak biz sadece içlerinde gömülü programları otomatik olarak yürüten bilgi işlem cihazlarıyla ilgileneceğiz. Bu nedenle, burada abaküs, mekanik aritmometreler ve elektronik hesap makineleri gibi cihazları dikkate almıyoruz.

İlk saklanan program hesaplama makinesi bir Fransız bilim adamı tarafından yapıldı. Blaise Pascal Manuel tahrikli mekanikti, toplama ve çıkarma işlemlerini yapabiliyordu. Alman matematikçi Gottfried Leibniz 1672'de çarpma ve bölme işlemlerini de yapabilen mekanik bir makine yaptı. İlk kez 1834 yılında bir İngiliz bilim adamı tarafından programa göre çalışan bir makine geliştirildi. Charles Babbage. Bir depolama aygıtı, bir bilgi işlem aygıtı, bir delikli kart giriş aygıtı ve bir yazdırma aygıtı içeriyordu. Komutlar, delikli karttan okundu ve hafızadaki veriler bilgisayar cihazına okundu ve hesaplamaların sonuçları hafızaya yazıldı. Babbage'ın makinesinin hafıza dahil tüm cihazları mekanikti ve üretimi 19. yüzyılda mevcut olmayan bir hassasiyet gerektiren binlerce dişli içeriyordu. Makine, delikli bir kart üzerine yazılan tüm programları uyguladı, bu nedenle ilk kez bir programcının bu tür programları yazması gerekiyordu. İlk programcı bir İngiliz kadındı. Ada Lovelace, bundan sonra Ada programlama dili bizim zamanımızda zaten isimlendirilmiştir.

XX yüzyılda. elektronik gelişmeye başladı ve yetenekleri bilgisayar geliştiricileri tarafından hemen benimsendi. Temel sistemi elektronik bileşenler üzerine kurulu bilgisayarların yapımıyla birlikte, nesiller boyu dijital bilgisayarların geri sayımı başlar. Dijital teknolojinin gelişim döneminin aşamalara bölünmesinin, temel olarak temel eleman sisteminin elektronik bileşenlerin üretimi için yeni teknolojilere aktarılmasıyla ilişkili olduğuna dikkat edilmelidir.

Birinci nesil -

vakum tüpleri (1945-1955)

Bu nesil bilgisayarların temel eleman sisteminin kalbinde vakum tüpleri vardı. Kullanımları dijital cihazların hem avantajlarını hem de dezavantajlarını belirledi.Vakum tüpleri, temel elemanı bir elektromekanik röle temelinde inşa edilmiş bir bilgisayar oluşturma girişimlerine kıyasla hesaplama hızını artıran yüksek bir mantıksal elemanlar anahtarlama hızı sağladı. . Vakum tüpleri oldukça dayanıklıydı ve bilgisayarın güvenilir çalışmasını sağladı. Ne yazık ki tüp bilgisayarlarda da yeterince eksiklik vardı. Elektronik tüpler onlarca volt voltajla çalıştı ve çok fazla enerji tüketti, ayrıca modern mikroelektronik kavramlarına göre elektronik tüplerin boyutu çok büyüktü - birkaç on santimetre küp. Bir bilgisayar inşa etmek için binlerce mantıksal öğeye ihtiyaç vardı, bu nedenle tüp bilgisayarların işgal edilen alan açısından boyutu onlarca metrekareydi ve güç tüketimi birimden onlarca hatta yüzlerce kilovat arasında değişiyordu. Bu tür bir güç, oldukça kompakt bir şekilde yerleştirilmiş ve makinenin elektronik bileşenlerini etkin bir şekilde soğutma görevini belirleyen lambaların aşırı ısınmasına neden oldu. Tüp makinelerinde bilgi işleme hızı, saniyede birkaç yüz ila birkaç bin işlem arasında değişiyordu.

İkinci nesil - transistörler (1955-1965)

Yarı iletken cihazlar - transistörler 1948'de icat edildi. Elektronik tüplerden küçük boyutları, düşük besleme voltajı ve düşük güç tüketimi ile ayrıldılar. Yarı iletken cihazların tüm bu avantajları elektronik endüstrisinde devrim yarattı. Minyatür radyo ve televizyon alıcı-vericileri ortaya çıkmaya başladı, kontrol cihazlarını doğrudan kontrol nesnelerine vb. entegre etmek mümkün oldu. Transistörlere dayalı bilgisayarlar için yeni eleman tabanı, bilgisayar üretiminde devrim yarattı. Boyutta önemli bir azalma, azalan güç tüketimi ve maliyet, daha fazla işlevselliğe sahip bilgisayar mimarileri oluşturmayı, bilgisayarların hızını saniyede yüz binlerce ve hatta milyonlarca işleme önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldı. Verimlilik artışı, hem transistörlerin elektronik tüplere kıyasla daha yüksek hızı nedeniyle hem de bilgisayara birkaç işleme cihazının paralel olarak çalışmasıyla sağlandı. Bir bilgisayarı yerleştirmek için gereken alan birkaç metrekareye düştü ve masaüstü versiyonları yapılmaya çalışıldı. Maliyetteki düşüş, potansiyel bilgisayar kullanıcılarının sayısını artırdı. Genel amaçlı bilgisayarların üretimi için büyük firmalar vardı: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC) Digital Equipment Corporation (DEC) ve diğerleri Kişisel bilgisayar mimarilerinin gelişiminde büyük etkisi olan ortak bir veri yoluna sahip ilk mini bilgisayar olan DEC'den PDP-8 bilgisayarı not edilmelidir.

Üçüncü nesil - entegre devreler (1965-1980)

Yarı iletken elemanlar ve diğer elektronik bileşenler, elektronik endüstrisi tarafından bireysel elemanlar şeklinde üretildi. Böylece, transistörün yerleştirildiği yarı iletken kristal, özel bir metal veya plastik kasaya yerleştirildi. Elektronik küçültme gereksinimi

cihazlar, ilk başta yarı iletken cihazların paketsiz bir tasarımda üretilmeye başlanmasına yol açtı ve daha sonra 1958'de bir fonksiyonel birimin tüm bileşenlerini tek bir yarı iletken kristale yerleştirme girişiminde bulunuldu. Yarı iletken devrelerin boyutunu büyük ölçüde azaltmayı ve güç tüketimini azaltmayı mümkün kılan entegre devreler (IC'ler) bu şekilde ortaya çıktı. IS temelinde, tek bir raf ve çevresel aygıtlar şeklinde yapılmış mini bilgisayarlar inşa edildi. Bir IC bilgisayarı tarafından tüketilen güç, yüzlerce watt'a düşürülmüştür. IC'ler üzerine kurulu düğümlerin hızındaki artış, bilgisayarların hızını saniyede on milyonlarca işleme çıkarmayı mümkün kıldı. Elektronik endüstrisi, IC'ler üzerinde elektronik bileşenleri toplu olarak üretmeye başladı, bu da maliyetlerini düşürmeyi ve bilgisayarların donanım bileşeninin maliyetini büyük ölçüde düşürmeyi mümkün kıldı. Maliyetin düşürülmesi, paralel işleme kullanan güçlü bilgi işlem sistemlerinin geliştirilmesine ve pratik olarak uygulanmasına yol açmıştır: çok işlemcili ve boru hattı bilgisayarlar.

Dördüncü nesil - çok büyük entegre devreler (1980'den beri)

Elektronik cihazların mikrominyatürizasyonu yeni bir endüstrinin ortaya çıkmasına neden oldu - mikroelektronik, hangi yüksek teknolojiler alanına aittir. Fizik, kimya, kristalografi, malzeme bilimi ve hatta uzay bilimlerindeki en son bilimsel ve teknolojik başarıları kullanarak (sıfır yerçekiminde çok yüksek saflıkta yarı iletken kristaller elde etmek mümkündür), yüzlerce, sonra binlerce ve nihayet, milyonlarca transistör ve diğerleri, birkaç milimetre kare boyutunda tek bir kristal üzerinde elektronik bileşenler. Artık yarı iletken devre artık bilgisayarın işlevsel birimlerinin oluşturulduğu bir dizi mantıksal öğe içermiyordu, ancak tamamen işlevsel birimler ve her şeyden önce, İŞLEMCİ, hangi, büyüklüğü göz önüne alındığında, denirdi mikroişlemci, harici cihazlar kontrol cihazları - kontrolörler harici cihazlar. Bu tür entegre devreler ilk olarak büyük entegre devreler(BIS) ve ardından çok büyük entegre devreler(VLSI).

Mikroelektronikte bu kadar hızlı bir gelişmenin sonucu, tek kartlı bilgisayarların ortaya çıkmasıydı, burada bir tahtada, birkaç on santimetre kare boyutunda, bir bilgisayarın tüm işlevsel bloklarını içeren birkaç VLSI vardı. Tek kartlı bilgisayarlar, operasyonel bilgi işleme ve kontrol için çeşitli endüstriyel, tıbbi ve ev cihazlarına yerleştirildi. Tek kartlı bilgisayarların maliyeti o kadar düştü ki, bireyler tarafından satın alınması mümkün oldu, İngiliz mühendisler bu fırsattan yararlandı. Steve Jobe ve Steve Wozniak. Endüstriyel olarak üretilmiş işlevsel birimleri kullanarak: işlemci ve belleğe sahip bir mikrobilgisayar kartı, bir klavye, bir ekran, ucuz bir masaüstü bilgisayar kurdular - mikrobilgisayar. Profesyonel olmayan kullanıcılara hitap etmesi, işi yapmak için gerekli tüm donanım ve yazılımı içeren kullanıma hazır bir cihaz olmasıydı. Bu mikrobilgisayar denir Varış! ve dünyada ilk oldu kişisel bilgisayar.

Bilgisayar pazarında yaygın olarak kullanılan kişisel bilgisayarlar, güçlü bilgi işlem sistemlerinin üretimiyle uğraşan büyük bir şirketle ilgilenmeye başladı - 1VM, ve kendi kişisel bilgisayar modelinin üretimine başlamaya karar verdi. Firma ile birlikte istihbarat mikroişlemci kitini geliştirdi ve bilgisayarı işletim sistemiyle donatan Microsoft MSDOS, IBM kişisel bilgisayarı yarattı IBM RS. IBM şirketinin önemli potansiyeli, kısa sürede çok sayıda bu tür bilgisayar üretmeyi mümkün kıldı. Alıcılar için cazip fiyatları ve bazı yenilikler, örneğin, o sırada diğer şirketler tarafından üretilen kişisel bilgisayarlara kıyasla daha büyük miktarda RAM, IBM PC bilgisayarının dünyadaki en popüler kişisel bilgisayar haline gelmesine izin verdi.

2.6. Toplu bilgi işlemenin bilgi işlem sistemlerinin mimarileri

Modern bir bilgisayar birkaç işlevsel birimden oluşur: işlemci, bellek, aygıt denetleyicileri vb. Her düğüm, milyonlarca mantık öğesi içerebilen karmaşık bir elektronik cihazdır. Her bir düğümün ve bir bütün olarak bilgisayarın çalışma prensibinin daha iyi anlaşılması için, bilgisayar sunum seviyeleri kavramı tanıtılmıştır.

Dijital mantık seviyesi - temel eleman sisteminin mantık devrelerinin seviyesi.

mikro mimari seviye- işlevsel birim içindeki bilgi işlemenin organizasyon düzeyi. Bu, çeşitli amaçlar için kayıtlar, gelen komutları işlemek için bir cihaz, bir veri dönüştürme cihazı ve bir kontrol cihazı içerir.

Komut seviyesi- aralarında bir dizi işlevsel düğüm ve bağlantı, cihazlar arasında iletilen bir komut ve veri sistemi.

Her seviyedeki bloklar, aralarındaki bağlantılar, veri türleri ve işlemler kümesine denir. seviye mimarisi.

Komut düzeyi mimarisine genel olarak bilgisayar mimarisi veya bilgisayar organizasyonu denir. Bu bölümde, çeşitli bilgisayar mimarilerine bakacağız. Diğer seviyelerin mimarileri aşağıdaki bölümlerde tartışılacaktır.

2.6.1. Sabit Cihaz Mimarileri

Konsantre işlemeye sahip bilgisayarlar bir veya daha fazla işlem cihazının (işlemcinin) kompakt bir şekilde yerleştirildiği ve bilgi alışverişi için dahili veri aktarım yollarının kullanıldığı bu tür bilgi işlem sistemlerine denir. Birinci ve ikinci neslin bilgisayarları, sınırlı sayıda harici donanıma sahip kapalı tip bir mimariye sahipti. Bu mimari, temel mantık elemanları sistemi ayrı elektronik bileşenler (elektronik tüpler, transistörler) üzerine kurulu olan bilgisayarlar için tipiktir. Bu tür mimarilere herhangi bir ek fonksiyonel bloğun eklenmesi, güç tüketiminde, işgal edilen alanda bir artış ile ilişkilendirildi ve tüm sistemin maliyetini önemli ölçüde artırdı. Dolayısıyla bu mimariye göre yapılan bir bilgisayar, geliştirici tarafından sağlanmayan ek cihazları bağlama yeteneğine sahip değildi.

Böyle bir bilgisayar mimarisinin büyütülmüş bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.9. RAM, yürütülebilir programların komutlarını ve verilerini depolar, ALU yalnızca sayısal işlemeyi sağlamakla kalmaz, aynı zamanda RAM'e girerek bilgilerin giriş-çıkış sürecine de katılır. Giriş/çıkış kanalı, kontrol cihazı tarafından verilen komutlarla çalışan özel bir cihazdır. Kanal, belirli sayıda harici cihazın bağlanmasına izin verir. Kontrol cihazı, program komutlarının yürütülmesini sağlar ve sistemin tüm düğümlerini kontrol eder.

Pirinç. 2.9. Kapalı devre bilgisayar mimarisi

Bu mimarideki bilgisayarlar, tamamen hesaplama problemlerini çözmede etkilidir. Ek harici cihazların bağlanmasını ve onlarla yüksek hızlı bilgi alışverişi gerektiren bilgisayar teknolojilerinin uygulanması için uygun değildirler.

6.2. Açık mimariye sahip bilgi işlem sistemleri

70'lerin başında. Aralık ayına göre (Dijital Ekipman Şirketi) tamamen farklı bir mimariye sahip bir bilgisayar önerildi. Bu mimari, herhangi bir sayıda sensör ve aktüatörden oluşan bir bilgisayara ücretsiz bağlantı sağladığı için, çeşitli teknik sistemler için kontrol sistemleri geliştiricilerinin hemen ilgilenen herhangi bir çevresel aygıtın serbestçe bağlanmasını mümkün kıldı. Ana yenilik, amaçları ne olursa olsun tüm cihazların birbirine bağlanmasıydı. ortak otobüs bilgi aktarımı. Cihazlar veri yoluna uygun olarak bağlandı. lastik standart. Veri yolu standardı, çevresel ekipman üreticilerinin, cihazlarını çeşitli standartlardaki veri yollarına bağlamak için kontrolörler geliştirmesine izin veren serbestçe dağıtılan bir belgeydi. Ortak bir veri yolunun kullanımına dayalı açık tip bir bilgisayarın mimarisi, Şek. 2.10. Hepsinin genel yönetimi

Dijital teknolojilerin gelişimi sırasında, çeşitli türlerde bilgisayarlar geliştirildi. Birçoğu uzun zamandır unutuldu, ancak bazılarının modern bilgi işlem sistemlerinin gelişimi üzerinde güçlü bir etkisi oldu. Burada, insan düşüncesinin modern bilgisayar teknolojisi anlayışına nasıl geldiğini göstermek için bilgisayarların geliştirilmesindeki bazı aşamalara kısa bir genel bakış sunacağız.

Sonuçlarını saymayı veya ezberlemeyi kolaylaştıran cihazlar uzun zamandır bilinmektedir, ancak biz sadece kendilerinde gömülü programları otomatik olarak yürüten bilgi işlem cihazlarıyla ilgileneceğiz, bu nedenle abaküs, mekanik toplama sayaçları ve elektronik hesap makineleri gibi cihazları dikkate almıyoruz. .

İlk saklanan program hesaplama makinesi bir Fransız bilim adamı tarafından yapıldı. Blaise Pascal 1642'de. Manuel tahrikli mekanikti ve toplama ve çıkarma işlemlerini yapabiliyordu. Alman matematikçi Gottfried Leibniz 1672'de aynı çarpma ve bölme işlemlerini yapabilen mekanik bir makine yaptı. İlk kez 1834 yılında bir İngiliz bilim adamı tarafından programa göre çalışan bir makine geliştirildi. Charles Babbage. Bir depolama aygıtı, bir bilgi işlem aygıtı, bir delikli kart giriş aygıtı ve bir yazdırma aygıtı içeriyordu. Komutlar, delikli karttan okundu ve hafızadaki veriler bilgisayar cihazına okundu ve hesaplamaların sonuçları hafızaya yazıldı. Babbage'ın makinesinin hafıza dahil tüm cihazları mekanikti ve üretimi 19. yüzyılda mevcut olmayan bir hassasiyet gerektiren binlerce dişli içeriyordu. Makine, delikli bir kart üzerine yazılan tüm programları uyguladı, bu nedenle ilk kez bir programcının bu tür programları yazması gerekiyordu. İlk programcı bir İngiliz kadındı. Ada Lovelace, bundan sonra programlama dili Ada, zamanımızda zaten adlandırılmıştır.

20. yüzyılda elektronik gelişmeye başladı ve yetenekleri bilgisayar geliştiricileri tarafından hemen benimsendi. Temel sistemi elektronik bileşenler üzerine kurulu bilgisayarların yapımıyla birlikte, nesiller boyu dijital bilgisayarların geri sayımı başlar. Dijital teknolojinin gelişim döneminin aşamalara bölünmesinin, temel olarak temel eleman sisteminin elektronik bileşenlerin üretimi için yeni teknolojilere aktarılmasıyla ilişkili olduğuna dikkat edilmelidir.

Birinci nesil - vakum tüpleri (1945-1955)

Bu nesil bilgisayarların temel eleman sisteminin kalbinde vakum tüpleri vardı. Kullanımları, dijital cihazların hem avantajlarını hem de dezavantajlarını belirledi. Vakum tüpleri, temel elemanı bir elektromekanik röle temelinde inşa edilmiş bir bilgisayar oluşturma girişimlerine kıyasla hesaplama hızını artıran yüksek bir mantıksal elemanlar anahtarlama hızı sağladı. Vakum tüpleri oldukça dayanıklıydı ve bilgisayarın güvenilir çalışmasını sağladı. Ne yazık ki tüp bilgisayarlarda da yeterince eksiklik vardı. İlk olarak, vakum tüpleri onlarca volt voltajla çalıştı ve çok fazla enerji tüketti, buna ek olarak, modern mikroelektronik kavramlarına göre vakum tüplerinin boyutu çok büyüktü - birkaç on santimetreküp. Bir bilgisayar inşa etmek için binlerce mantıksal öğeye ihtiyaç vardı, bu nedenle tüp bilgisayarların işgal edilen alan açısından boyutu onlarca metrekareydi ve güç tüketimi birimden onlarca hatta yüzlerce kilovat arasında değişiyordu. Bu tür bir güç, oldukça kompakt bir şekilde yerleştirilmiş ve makinenin elektronik bileşenlerini etkin bir şekilde soğutma görevini belirleyen lambaların aşırı ısınmasına neden oldu. Tüp makinelerinde bilgi işleme hızı, saniyede birkaç yüz ila birkaç bin işlem arasında değişiyordu.

BÖLÜM 2. DİJİTAL ELEKTRONİK CİHAZLARIN DEVRE TASARIMI

Dijital elektroniğin temel kavramları

Radyo elektronik cihazların amacı, bildiğiniz gibi, elektrik sinyalleri şeklinde sunulan bilgilerin alınması, dönüştürülmesi, iletilmesi ve depolanmasıdır. Elektronik cihazlarda çalışan sinyaller ve buna bağlı olarak cihazların kendileri iki büyük gruba ayrılır: analog ve dijital.

analog sinyal seviye ve zaman olarak sürekli olan bir sinyaldir, yani. böyle bir sinyal herhangi bir zamanda mevcuttur ve belirtilen aralıktan herhangi bir seviye alabilir.

nicelenmiş sinyal – sadece niceleme seviyelerine karşılık gelen belirli nicelenmiş değerleri alabilen bir sinyal. İki bitişik seviye arasındaki mesafe, niceleme adımıdır.

örneklenmiş sinyal  Değerleri yalnızca zaman noktalarında belirtilen sinyallere örnekleme noktaları denir. Bitişik örnekleme noktaları arasındaki mesafe, örnekleme adımıdır.
. sabit
Kotelnikov teoremi uygulanabilir:
, nerede - sinyal spektrumunun üst kesim frekansı.

dijital sinyal - seviyeye göre nicelenmiş ve zamanla ayrıklaştırılmış bir sinyal. Dijital bir sinyalin nicelenmiş değerleri genellikle bazı kodlarla kodlanır, örnekleme işlemi sırasında seçilen her örnek, sembolleri iki değere sahip olan karşılık gelen kod kelimesi ile değiştirilir - 0 ve 1.

Analog elektronik cihazların tipik temsilcileri iletişim, yayın, televizyon cihazlarıdır. Analog cihazlar için genel gereksinim minimum bozulmadır. Bu gereksinimleri yerine getirme isteği, elektrik devrelerinin karmaşıklaşmasına ve cihazların tasarımına yol açar. Analog elektroniğin bir başka sorunu, gerekli gürültü bağışıklığının elde edilmesidir, çünkü bir analog iletişim kanalında gürültü temelde giderilemez.

Dijital sinyaller, transistörlerin kapalı (akım sıfıra yakın) veya tamamen açık (gerilim sıfıra yakın) olduğu elektronik devreler tarafından üretilir, bu nedenle çok az güç harcarlar ve dijital cihazların güvenilirliği analog olanlardan daha yüksektir.

Dijital cihazlar, parazitlere analog cihazlara göre daha dayanıklıdır, çünkü harici küçük parazitler cihazların hatalı çalışmasına neden olmaz. Hatalar, yalnızca düşük bir sinyal seviyesinin yüksek olarak algılandığı veya tam tersinin olduğu bu tür bozulmalar altında ortaya çıkar. Dijital cihazlarda hataları düzeltmek için özel kodlar da uygulanabilmektedir. Analog cihazlarda bu özellik yoktur.

Dijital cihazlar, transistörlerin ve diğer devre elemanlarının parametrelerinin ve özelliklerinin yayılmasına (kabul edilebilir sınırlar içinde) duyarsızdır. Doğru yapılmış dijital cihazların ayarlanması gerekmez ve özellikleri tamamen tekrarlanabilir. Bütün bunlar, entegre teknoloji kullanan cihazların seri üretiminde çok önemlidir. Dijital entegre devrelerin üretim ve işletiminin maliyet etkinliği, modern radyo-elektronik cihazlarda sadece dijital değil, aynı zamanda analog sinyallerin de dijital olarak işlenmesine yol açmıştır. Dijital filtreler, düzenleyiciler, çoğaltıcılar vb. yaygındır.Dijital işlemeden önce, analog sinyaller analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC'ler) kullanılarak dijital sinyallere dönüştürülür. Ters dönüştürme - analog sinyallerin dijital olanlardan geri alınması - dijitalden analoğa dönüştürücüler (DAC) kullanılarak gerçekleştirilir.

Sayısal elektronik cihazlar tarafından çözülen tüm görev çeşitliliği ile, işlemleri sadece iki basamakla çalışan sayı sistemlerinde gerçekleşir: sıfır (0) ve bir (1). Elektrik sinyalleri ile ikili rakamların kodlanma türüne göre, dijital teknolojinin unsurları potansiyel (statik) ve dürtü (dinamik) olarak ayrılır.

AT potansiyel elemanlar sıfır ve bir, iki keskin farklı voltaj seviyesine karşılık gelir. Bu durumda voltajlar, elektrik potansiyeli sıfır olarak alınan duruma göre hem pozitif hem de negatif olabilir. Olumlu ve olumsuz mantıkta çalışan unsurlar vardır. Pozitif mantığa sahip elemanlarda 0'dan 1'e geçiş, potansiyel artışı ile yapılır. Negatif mantıkta, mantıksal 1 olarak daha negatif bir voltaj alınır.

AT dürtüsel mantıksal bir birimin öğeleri, varlığa ve mantıksal bir sıfıra - bir dürtünün yokluğuna karşılık gelir.

Dijital cihazların çalışması genellikle saatli yeterince yüksek frekanslı saat üreteci. Bir döngü sırasında, en basit mikro işlem uygulanır - okuma, kaydırma, mantıksal komut vb. Bilgi dijital bir kelime olarak temsil edilir. Kelimeleri iletmenin iki yolu vardır - paralel ve seri. Seri kodlama, dijital cihazlar arasında bilgi alışverişinde kullanılır (örneğin, bilgisayar ağlarında, modem iletişimlerinde). Dijital cihazlarda bilgi işleme, kural olarak, maksimum performans sağlayan paralel bilgi kodlaması kullanılarak gerçekleştirilir.

Dijital cihazlar oluşturmak için eleman tabanı, her biri belirli sayıda mantıksal eleman (LE) kullanılarak uygulanan dijital entegre devrelerden (IC'ler) oluşur - temel mantıksal işlemleri gerçekleştiren en basit dijital cihazlar.

Tüm dijital cihazlar iki ana sınıftan birinde sınıflandırılabilir: kombinasyonel (belleksiz) ve sıralı (bellekli). kombinasyonelÇıkışların herhangi bir andaki durumu, aynı anda giriş değişkenlerinin değerleri tarafından benzersiz bir şekilde belirlenen cihazlar olarak adlandırılır. Bunlar mantık elemanları, kod dönüştürücüler (kodlayıcılar ve kod çözücüler dahil), kod dağıtıcılar (çoğullayıcılar ve çoğullayıcılar), kod karşılaştırıcılar, aritmetik mantık birimleri (toplayıcılar, çıkarıcılar, çarpanlar, ALU'nun kendisi), salt okunur bellek cihazları (ROM), programlanabilir mantık matrisler (PLM).

çıkış durumu ardışık Bir dijital aygıtın (sonlu makine) belirli bir zamanda, yalnızca girişlerindeki mantıksal değişkenler tarafından belirlenmez, aynı zamanda zamanda önceki noktalara varış sırasına (sırasına) da bağlıdır. Başka bir deyişle, sonlu otomatlar, mantıksal sinyallerin alınmasının tüm geçmişini yansıtan ve parmak arası terliklerde yürütülen bellek öğelerini zorunlu olarak içermelidir, birleşik dijital cihazlar ise tamamen yalnızca mantıksal öğeler üzerine kurulabilir. Sıralı tipteki dijital cihazlar arasında parmak arası terlikler, kayıtlar, sayaçlar, rasgele erişim belleği (RAM), mikroişlemci cihazları (mikroişlemciler ve mikrodenetleyiciler) bulunur.

Çeşitli dijital cihazları incelemeden önce, yapımında kullanılan matematiksel aparatın unsurlarını tanıyalım. Bileşenleri, mantıksal işlevleri tanımlamak ve dönüştürmek için sayı sistemleri ve yöntemleri fikridir.

9. Dijital elektroniğin matematiksel temelleri

9.1. Konumsal sayı sistemleri

sayı sistemi keyfi bir sayıyı temsil etme yöntemini, sayılar adı verilen sınırlı bir karakter kümesi olarak adlandırın. Verilen basamağın sayıya eklendiği ağırlığı belirleyen pozisyon numarasına denir. deşarj, ve belirtilen özelliğe sahip sayı sistemleri konumsal.

Genel olarak n- bit pozitif sayı N tabanlı keyfi bir sayı sisteminde R formun toplamı ile temsil edilir

(9.1)

nerede a k- değerleri, 0 ile () aralığındaki doğal serinin üyelerine eşit olan bir sayının kaydındaki ayrı basamaklar R– 1).

Dijital elektronik cihazlarla hesaplamalar yapılırken, iki kararlı duruma sahip elemanlar kullanılır. Bu nedenle sayısal teknolojide konumsal ikili sayı sistemi (2 tabanlı) yaygınlaşmıştır. olarak adlandırılan her ikili basamakta biraz, 1 veya 0 olabilir. Aynı sayı girişi (ikili kod), birler ve sıfırlar dizisidir. İkili bir sayıyı ondalık sayıdan ayırt etmek için, onu sağda bir son ek ile tamamlayacağız. AT(ikili), montajcılar olarak adlandırılan özel makine yönelimli programlama dillerinde geleneksel olduğu gibi.

Sayının ikili kodunun komşu hanelerinin ağırlıkları iki kat farklılık gösterir ve en sağdaki basamağın (en küçük) ağırlığı 1'dir. Bu nedenle, örneğin

101101B = 1 . 2 5 + 0 . 2 4 + 1 . 2 3 +1 . 2 2 + 0 . 2 1 + 1 . 20 = 45.

Dört bitişik bit denir dörtlü, 8 bitlik bir gruba denir bayt, ve 16 bitten - makine kelimesi. 1024 (2 10) baytlık bir sete kilobayt, 1024 kilobayt - bir megabayt, 1024 megabayt - bir gigabayt denir.

1 GB = 2 10 MB = 2 20 KB = 2 30 bayt .

Modern kişisel bilgisayarlar, sabit manyetik disklerdeki hafızalarında onlarca gigabayt dijital bilgi depolayabilir.

İkili sayı sistemindeki aritmetik işlemler son derece basittir ve donanımda kolayca uygulanabilir. Ancak, bir dijital cihaza bilgi girerken ve çıktı verirken, insanlara daha tanıdık gelen bir ondalık sayı sisteminde sunulmalıdır. İkili sayıları ondalık eşdeğere dönüştürme prosedürünü basitleştirme arzusu, kullanıma yol açtı. ikili ondalık sayı kod. Bu kodda, bir ondalık sayının basamaklarının tek tek basamaklarını yazmak için ikili sayılarının tetradları

Bu dijital bilgi işleme cihazları nelerdir? Dijital cihazlar, bir bilgisayar tarafından erişilebilir bir biçimde sunulan bilgileri işlemek için kullanılan cihazlardır. Bunlar: dokunmatik ekranlar tarayıcılar kameralar video kameralar cep telefonları web kameraları belge kameraları projektörler kablosuz veri aktarım cihazları video gözetim sistemleri

Video kameralar Video kamera, hareketli görüntüleri televizyonda kaydetmek veya yayınlamak için uyarlanmış, ışığa duyarlı bir eleman üzerinde filme alınan nesnelerin optik görüntülerini elde etmek için bir cihaz olan elektronik bir film çekme cihazıdır. Genellikle paralel ses kaydı için bir mikrofonla donatılmıştır.

Web kameraları Web kamerası (aynı zamanda web kamerası), İnternet üzerinden (Instant Messenger gibi programlarda veya başka herhangi bir video uygulamasında) daha fazla aktarım için gerçek zamanlı olarak görüntü yakalayabilen bir dijital video veya fotoğraf kamerasıdır.

Projektörler Projektör, bir lambanın ışığını, ışık akısı konsantrasyonuyla küçük bir yüzeyde veya küçük bir hacimde yeniden dağıtan bir ışık aygıtıdır. Projektörler, temel olarak, nesnelerin görüntülerini cihaz ekranının dışında bulunan bir yüzeye yansıtmak için bir ışık kaynağının kullanılmasına izin veren optik-mekanik veya opto-dijital cihazlardır.

Bluetooth kablosuz veri iletim cihazları, cep ve sıradan kişisel bilgisayarlar, cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar, yazıcılar, dijital kameralar, fareler, klavyeler, joystickler, kulaklıklar, kulaklıklar gibi cihazlar arasında güvenilir, ucuz, her yerde bulunan kısa menzilli bilgi alışverişine izin verir. Radyo frekansı.

Kablosuz veri iletimi için cihazlar GPRS (İng. General Packet Radio Service), paket veri iletimini gerçekleştiren GSM mobil iletişim teknolojisi üzerinden bir eklentidir. GPRS, bir hücresel ağ kullanıcısının, GSM ağındaki diğer cihazlarla ve İnternet dahil olmak üzere harici ağlarla veri alışverişi yapmasına olanak tanır. GPRS, çevrimiçi harcanan süreye değil, iletilen/alınan bilgi miktarına dayalı olarak faturalandırmayı içerir.

Kablosuz iletişim cihazları Bir kablo döşemeden bir ağ kurmanıza izin verir, bir ağ kurma ve genişletme maliyetini azaltabilir. Dış mekanlar ve tarihi binalar gibi kablonun kurulamayacağı yerlere kablosuz ağlar ile hizmet verilebilir. Cep telefonlarının aksine, Wi-Fi ekipmanı dünyanın farklı ülkelerinde çalışabilir. Wi-Fi (eng. Wireless Fidelity "kablosuz hassasiyeti"), Kablosuz LAN ekipmanı için bir standarttır.

Video gözetimi Video gözetimi (Kapalı Devre Televizyon, kapalı devre televizyonun CCTV sistemi), görsel kontrol veya otomatik görüntü analizi (yüzlerin, durum numaralarının otomatik olarak tanınması) için tasarlanmış optoelektronik cihazların kullanımı ile gerçekleştirilen bir işlemdir.

Dijital bilgi işleme cihazları Yazar: Dmitry Tarasov, 2009

Dijital cihazlar

Parametre adı	Anlam
Makale konusu:	Dijital cihazlar
Dereceli puanlama anahtarı (tematik kategori)	bilgisayarlar

Analog cihazlar

Analog cihazlar, analog sinyaller üzerinde çeşitli işlemleri ve dönüşümleri gerçekleştirmek için tasarlanmış fonksiyonel elektronik bileşenleri içerir. Yapısal olarak, analog cihazlar şu şekilde temsil edilebilir:

1. Bipolar

Uout(t)

Uin(t)

Uin2(t)

Sinyal kaynaklarının bağlı olduğu 2 çift giriş terminali vardır ve çıkış terminallerine bir yük bağlanmıştır. Kontrol parametrelerine sahip bir iletim bağlantısıdır.

Dijital cihazlar, dijital sinyaller biçiminde bilgi nesneleri üzerinde işlemleri gerçekleştirmek için tasarlanmış işlevsel birimleri içerir. Kod sözcükleri dijital sinyalleri temsil etmek için kullanılır. Özellikler: inşaat için en basit alfabe kullanılır - 0 ve 1 sembolleriyle gösterilen iki harf. Kod kelimesi 2 SS'deki bir sayıdır. Bir kod sözcüğündeki harf sayısı sabittir.

Kelime n harf veya rakam içeriyor. Dijital cihazlarda bilginin nesnesi zamanın işlevleri değil, ikili sayılardır.

Dijital cihazların çalışma prensipleri:

1) Komutu yürütmek için belirli bir süre verilir, bunun için bir saat darbe üreteci kullanılır, bir kontrol sinyali formüle eder

2) İşlemin başlamasından sonra, tüm giriş kod kelimeleri gerekli çıkışa dönüştürülür.

3) Çıkış kod sözcükleri, eylemleri gerçekleştirmek için dijital sistemin belleğinde veya harici cihazlarda saklanmak üzere gönderilir.

Kod sözcüklerini işlemenin yolları:

Kod sözcükleri üzerinde işlemleri gerçekleştirmek için bunların elektrik sinyalleri biçiminde olması son derece önemlidir. Potansiyel bir temsil şekli dağıtıldı. Mantıksal sıfır, düşük sinyal düzeyine (voltaj), mantıksal sıfır, yüksek sinyal düzeyine karşılık gelir. Kod sözcükleri üzerindeki işlemler iki şekilde gerçekleştirilebilir: sıralı (bit bit) ve paralel.

En basit bilgi dönüştürücüler:

Bir bilgisayar milyonlarca elemandan oluşur: entegre devrelerin parçası olan transistörler, diyotlar, kayıtlar. Ancak bir bilgisayarın çalışmasını incelemek, yapısının düzenliliği ile kolaylaştırılır, bu da bir bilgisayarın çok sayıda basit öğeden, yalnızca birkaç türden oluştuğu anlamına gelir. Öğeler az sayıda tipik şema oluşturur.

Gerçekleştirilen işlevlerin karmaşıklık derecesine göre:

1) Elemanlar - bireysel bitler üzerinde işlem gerçekleştiren en basit kısım. Sinyalleri yükseltmeye ve oluşturmaya hizmet eden mantıksal (ve, veya değil, ve-not, or-not), bellek (çeşitli türlerde tetikleyiciler) ve yardımcı vardır.

2) Düğümler - öğelerden oluşur ve kelimeler üzerinde işlemler gerçekleştirir. Birleşimsel ve birikimli (sıralı) vardır.

Birleşimsel olanlar yalnızca mantıksal öğeler üzerine kuruludur;

Birikimli, mantıksal öğeleri ve bellek öğelerini içerir;

PC düğümleri şunları içerir: kayıtlar, sayaçlar, toplayıcılar, çoklayıcılar vb.

3) Cihazlar - birkaç düğümden oluşur, makine sözcüklerinde bir veya bir dizi benzer işlemi gerçekleştirir.Aygıtlar ALU, bellek aygıtı, kontrol aygıtı, bellek, giriş/çıkış aygıtını içerir.

Dijital cihazlar - kavram ve türleri. "Dijital cihazlar" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.

- Konu 4. Kombine dijital cihazlar.

4-1. Kombine dijital cihaz kavramı, düşük derecede entegrasyona sahip kombinasyonel tip bir mikro devre. Bir kombinasyonel dijital cihaz (CCD), bir dizi N giriş dijital sinyalinin M ... 'ye dönüştürülmesini sağlayan bir dijital cihaz olarak anlaşılır.

- Ders 8. Dijital cihazlar - kod çözücü, çoklayıcı.

Birleşimsel cihaz (CU), m giriş ve n çıkışa sahip bir cihazdır. CG ideal olanlara dayanıyorsa, yani. Ataletsiz elemanlar, çıkışların durumu, aynı zamanda girişlerin durumu tarafından benzersiz bir şekilde belirlenir. Ancak, elementlerin ataleti ve varlığı ... .

- Analogdan dijitale cihazlar

SORU No. 1 ANALOG-DİJİTAL CİHAZLARIN DEVRE TASARIMI DERS No. 14 Yeni neslin modern iletişim sistemleri, televizyon, ses, video ekipmanları, sinyallerin alınmasını, iletilmesini ve işlenmesini sağlayan dijital bir kalite standardına geçiyor .. .