Puces logiques. Partie 1

Article introductif sur les puces logiques. Décrit les systèmes numériques et la représentation d'un nombre binaire à l'aide de signaux électriques.

Le circuit intégré numérique moderne est une unité électronique miniature, dont le boîtier contient des éléments actifs et passifs connectés selon un certain schéma. Ce sont des transistors, des diodes, des résistances et des condensateurs.

Le nombre d'éléments dans les microcircuits modernes peut atteindre plusieurs centaines de milliers voire des millions d'éléments. N'oubliez pas microprocesseurs, microcontrôleurs, puces mémoire.

Pour lister simplement tous les microcircuits modernes, vous aurez besoin non pas d'un article, mais d'un livre plutôt épais. Dans cet article, nous considérerons les microcircuits de petit et moyen degré d'intégration, principalement éléments logiques simples.

Il y a une vingtaine d'années Circuits intégrés (LSI)En règle générale, ils remplissaient la fonction intégrée en eux pendant le processus de fabrication. Dans un microcircuit, une micro-calculatrice, une horloge ou un nœud d'un ordinateur électronique (ordinateur) pourrait être caché.

Actuellement répandu toutes sortes de microcontrôleurs: même un appareil aussi simple que Guirlande de Noël de fabrication chinoise il n'y a qu'un microcontrôleur programmé.

Des horloges électroniques, des minuteries domestiques, divers jouets parlants et chantants sont également obtenus en programmant le microcontrôleur correspondant. Ou, comme tout le monde l'entend maintenant, un clignotement.

En d'autres termes, non contrôleur programmé Il s'agit du disque à partir duquel le périphérique possédant les propriétés nécessaires au développeur sera obtenu. Et, malgré une telle universalité, les signaux d'entrée et de sortie du microcontrôleur sont les mêmes que les microcircuits numériques de petit et moyen degré d'intégration. Par conséquent, sans connaissance de ces éléments déjà obsolètes et oublieux, il n'y a tout simplement pas de chemin à parcourir.

Au coeur du travail circuits numériques réside un système de nombres binaires. Il sous-tend également le fonctionnement des ordinateurs personnels modernes et de tous les systèmes informatiques et de communication.

Dans la vie de tous les jours, nous utilisons le système de nombres décimaux contenant dix chiffres de 0 à 9. Un tel système est né parce que chaque personne a dix doigts sur ses mains. Certains peuples du Nord en comptaient jusqu'à vingt, et le nombre vingt était appelé «l'homme tout entier».

Dix n'est plus un chiffre, mais un nombre composé de dix et zéro unités: 10 = 1 * 10 + 0 * 1. De la même manière exactement, le nombre 640 contiendra six cent + quatre dizaines + zéro unités, ou sous la forme de nombres 640 = 6 * 100 + 4 * 10 + 0 * 1.

Un tel système est appelé positionnel décimal, c'est-à-dire le poids de la décharge dépend de sa position dans le nombre. Il est facile de remarquer que ce seront des unités, des dizaines, des centaines, des milliers, des dizaines de milliers, des centaines de milliers et ainsi de suite.

Dans un système binaire, un nombre est obtenu exactement de la même manière, mais pas dix, mais deux et son degré sont utilisés comme base. C'est-à-dire non pas 1, 10, 100, 1000, 10000, etc., mais 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128. Chaque nombre suivant est obtenu en multipliant le précédent par la base du système (dans ce cas, par 2), c'est-à-dire élever le précédent au degré suivant. Pour le système décimal, chaque nombre précédent est multiplié par dix, car la base du système numérique est dix.

En utilisant un nombre binaire de huit bits, (l'octet est appelé dans la technologie informatique), il est possible de représenter des nombres décimaux dans la plage 0 ... 255, ou sous forme binaire 0000 0000 ... 1111 1111 (b).

Le nombre 640 mentionné ci-dessus correspondra à l'entrée 640 = 10 1000 0000 (b) ou, comme dans l'exemple précédent

640=1*512+0*256+1*128+0*64+0*32+0*16+0*8+0*4+0*2+0*1.

(b) à la fin de l'enregistrement indique que le nombre est binaire.La façon la plus simple de vérifier l'exactitude de cette entrée est d'utiliser la calculatrice Windows. Cette forme de codage des informations s'est avérée très pratique pour les ordinateurs, car distinguer zéro d'un est aussi simple qu'un contact fermé d'un ouvert ou une lampe allumée d'un éteint.

Si des informations binaires sont transmises à l'aide de signaux électriques, seuls deux niveaux de tension sont nécessaires. En règle générale, il est plus positif (élevé) et moins positif, voire négatif (zéro).

Le plus souvent, une tension de haut niveau est considérée comme une unité logique et une tension de bas niveau est considérée comme un zéro logique. Ensuite, ils disent que nous avons affaire à une logique positive.

De plus, il y a aussi une logique négative: une tension de haut niveau est un 0 logique et un niveau bas est une unité logique. Dans cet article, nous ne considérerons que la logique positive.

L'un des radio-amateurs les plus courants et les plus populaires à l'époque était microcircuits de la série K155. Pour eux, la tension zéro logique est au niveau de 0 ... 0,4 V, et l'unité logique est de 2,4 ... 5,0 V. Ceci en dépit du fait que la tension d'alimentation nominale de cette série est de 5 V avec une tolérance de + - dix pour cent.

Pour d'autres séries de microcircuits ayant une tension d'alimentation différente, ces nombres sont bien sûr différents, mais au sein d'une même série, inchangés. En gros, nous pouvons dire que la tension de l'unité logique dans la plupart des séries de microcircuits se situe dans la plage de la moitié de la tension d'alimentation à la tension d'alimentation complète.

Par exemple, pour les microcircuits de la série K561 avec une tension d'alimentation de + 15V, la tension d'une unité logique sera dans la plage + 7,5 ... 15V. La série K561 peut fonctionner avec une tension d'alimentation comprise entre 3 et 15 V. Dans ce cas, la tension de l'unité logique sera dans les limites indiquées ci-dessus.

Nous considérerons la description des circuits logiques utilisant la série K155 comme la plus courante et ne nécessitons pas de précautions particulières lors du travail.

Cette série de puces est considérée comme fonctionnellement complète et contient environ 100 éléments. Cela signifie qu'avec cette série, vous pouvez implémenter n'importe quelle fonction logique, même la plus complexe.

Dans le prochain article, nous nous familiariserons avec le fonctionnement et le dispositif des microcircuits numériques. Nous allons commencer cette connaissance des éléments logiques qui implémentent les fonctions les plus simples. Algèbre booléenne (algèbre de logique).

Boris Aladyshkin

Suite de l'article: Puces logiques. 2e partie 

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