l
  • Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Temat nie został wyczerpany?
    Zapraszamy na Forum Naukowy.pl
    Jeśli posiadasz konto w serwisie Facebook rejestracja jest praktycznie automatyczna.
    Wystarczy kilka kliknięć.

    Układ cyfrowy

    Przeczytaj także...
    Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzórIntegrated Injection Logic (IL) to rodzina bipolarnych cyfrowych układów scalonych. Dzięki uproszczonej budowie bramki logicznej w tym standardzie uzyskuje się bardzo dużą gęstość upakowania w połączeniu z dużą szybkością. Różnica między poziomami logicznymi wysokim i niskim wynosi zaledwie około 0,7 V - jest to wystarczające w obrębie jednego układu scalonego, lecz aby umożliwić łączenie układów IL, zapewniając zadowalającą odporność na zakłócenia, wyposaża się je w wejściowe i wyjściowe bufory konwertujące poziomy logiczne, np. do standardu TTL. Ze względu na łatwość wykonania w standardowych procesach technologicznych układów bipolarnych, struktury IL znalazły zastosowanie w mieszanych (analogowo-cyfrowych) układach scalonych.
    Sygnał to abstrakcyjny model dowolnej mierzalnej wielkości zmieniającej się w czasie, generowanej przez zjawiska fizyczne lub systemy. Tak jak wszystkie zjawiska może być opisany za pomocą aparatu matematycznego, np. poprzez podanie pewnej funkcji zależnej od czasu. Mówimy, że sygnał niesie informację lub też umożliwia przepływ strumienia informacji.
    Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy elektroniki. Zapoznaj się również z: artykuł z zakresu teorii sterowania.

    Układy cyfrowe – rodzaj układów elektronicznych, w których sygnały napięciowe przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przypisywane są wartości liczbowe. Najczęściej (choć nie zawsze) liczba poziomów napięć jest równa dwa, a poziomom przypisywane są cyfry 0 i 1, wówczas układy cyfrowe realizują operacje zgodnie z algebrą Boole'a i z tego powodu nazywane są też układami logicznymi. Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne realizujące elementarne operacje znane z algebry Boola: iloczyn logiczny (AND, NAND), sumę logiczną (OR, NOR), negację NOT, różnicę symetryczną (XOR) itp. Ze względu na stopień skomplikowania współczesnych układów wykonuje się je w postaci układów scalonych.

    Układ dyskretny (układ dyskretny w czasie, układ skwantowany w czasie, układ impulsowy) − w teorii sterowania, w odróżnieniu od układów ciągłych, mówimy, że układ jest dyskretny, jeżeli przynajmniej jeden jego sygnał ma charakter dyskretny, tzn. przyjmuje tylko określone wartości dla określonych argumentów (zob. sygnał dyskretny, sygnał cyfrowy). Układy przejawiające w swym zachowaniu zarówno cechy układów ciągłych jak i dyskretnych nazywane są układami hybrydowymi.Mikroprocesor – układ cyfrowy wykonany jako pojedynczy układ scalony o wielkim stopniu integracji (LSI) zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonego ciągu instrukcji.

    Zalety układów cyfrowych:

  • Możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji
  • Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostsze.
  • Mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne.
  • Możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa program komputerowy (patrz: mikroprocesor, koprocesor).
  • Wady układów cyfrowych:

    Koprocesor, jednostka zmiennoprzecinkowa (FPU, ang. Floating Point Unit) to układ scalony wspomagający procesor w obliczeniach zmiennoprzecinkowych. W większości współczesnych konstrukcji, koprocesor arytmetyczny, a także jednostki obsługujące bardziej skomplikowane obliczenia (np. instrukcje wektorowe) są zintegrowane z procesorem w jednym układzie.Program komputerowy (ang. computer program) - sekwencja symboli opisująca obliczenia zgodnie z pewnymi regułami zwanymi językiem programowania. Program jest zazwyczaj wykonywany przez komputer (np. wyświetlenie strony internetowej), czasami bezpośrednio – jeśli wyrażony jest w języku zrozumiałym dla danej maszyny lub pośrednio – gdy jest interpretowany przez inny program (interpreter). Program może być ciągiem instrukcji opisujących modyfikacje stanu maszyny ale może również opisywać obliczenia w inny sposób (np. rachunek lambda).
  • Są skomplikowane zarówno na poziomie elektrycznym, jak i logicznym i obecnie ich projektowanie wspomagają komputery (patrz: język opisu sprzętu).
  • Chociaż są bardziej odporne na zakłócenia, to wykrywanie przekłamań stanów logicznych, np. pojawienie się liczby 0 zamiast spodziewanej 1, wymaga dodatkowych zabezpieczeń (patrz: kod korekcyjny) i też nie zawsze jest możliwe wykrycie błędu. Jeszcze większy problem stanowi ewentualne odtworzenie oryginalnej informacji.
  • Klasyfikacja układów cyfrowych[ | edytuj kod]

    Ze względu na sposób przetwarzania informacji rozróżnia się dwie główne klasy układów logicznych:

    Informacja (łac. informatio – przedstawienie, wizerunek; informare – kształtować, przedstawiać) – termin interdyscyplinarny, definiowany różnie w różnych dziedzinach nauki; najogólniej – właściwość pewnych obiektów, relacja między elementami zbiorów pewnych obiektów, której istotą jest zmniejszanie niepewności (nieokreśloności).Field Programmable Gate Array (FPGA, z ang. bezpośrednio programowalna macierz bramek) – rodzaj programowalnego układu logicznego. Dla projektanta ma funkcjonalność taką samą jak układ typu ASIC, jednak może być wielokrotnie przeprogramowany po tym jak został już wytworzony, zakupiony i zamontowany w urządzeniu docelowym. Największymi dostawcami tego typu układów są firmy Altera Corp. i Xilinx a także Actel, Atmel, Cypress, Lattice Semiconductor, QuickLogic.
  • układy kombinacyjne – układy „bez pamięci”, w których sygnały wyjściowe są zawsze takie same dla określonych sygnałów wejściowych;
  • układy sekwencyjne – układy „z pamięcią”, w których stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również od stanów poprzednich.
  • Ze względu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne:

    Dysjunkcja (dyzjunkcja, dysjunkcja/dyzjunkcja Sheffera, funkcja Sheffera, NAND, w terminologii Jana Łukasiewicza niewspółzachodzenie) – zdanie lub funkcja zdaniowa utworzone za pomocą funktora dysjunkcji, jednego z dwuargumentowych funktorów zdaniotwórczych rachunku zdań. Symbolem funktora dysjunkcji jest przeważnie ukośna kreska /. W języku potocznym funktorowi dysjunkcji odpowiada swobodnie funktor „bądź..., bądź...”. Wyrażenie "p / q" odczytywać można „bądź p, bądź q”, „albo p, albo q” (w znaczeniu „zachodzi najwyżej jedno z dwojga”, por.), jako że dysjunkcja jest negacją koniunkcji („nieprawda, że zarazem p i q”). Pojęcie dysjunkcji wprowadził w 1913 Henry Sheffer.Hardware Description Language, HDL (ang.) – język opisu sprzętu, wykorzystywany do opisu układów cyfrowych w technice cyfrowej.
  • bipolarne,
  • TTL (ang. Transistor-Transistor Logic),
  • ECL (Emitter Coupled Logic),
  • I²L (Integrated Injection Logic),
  • unipolarne,
  • NMOS i PMOS,
  • CMOS (Complementary MOS).
  • Ostatnimi laty bardzo popularne stały się programowalne układy cyfrowe. W odróżnieniu od programowalnych mikroprocesorów, programowana jest fizyczna struktura układu oparta na:

    Układ sekwencyjny jest jednym z rodzajów układów cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść y zależy od stanu wejść x oraz od poprzedniego stanu, zwanego stanem wewnętrznym, pamiętanego w zespole rejestrów (pamięci).CMOS (ang. Complementary MOS) – technologia wytwarzania układów scalonych, głównie cyfrowych, składających się z tranzystorów MOS o przeciwnym typie przewodnictwa i połączonych w taki sposób, że w ustalonym stanie logicznym przewodzi tylko jeden z nich. Dzięki temu układ statycznie nie pobiera żadnej mocy (pomijając niewielki prąd wyłączenia tranzystora), a prąd ze źródła zasilania płynie tylko w momencie przełączania – gdy przez bardzo krótką chwilę przewodzą jednocześnie oba tranzystory. Tracona w układach CMOS moc wzrasta wraz z częstotliwością przełączania, co wiąże się z przeładowywaniem wszystkich pojemności, szczególnie pojemności obciążających wyjścia.
  • matrycach,
  • PLA,
  • PAL,
  • komórkach,
  • SPLD,
  • CPLD,
  • FPGA.
  • Ograniczenia techniczne[ | edytuj kod]

    Przedziały napięć w układzie logicznym

    Ze względu na różne czynniki, takie jak wahania napięcia zasilającego, zakłócenia zewnętrzne, rozrzut parametrów itp. sygnały przetwarzane w układach cyfrowych nie mają ściśle określonych wartości, stąd też liczby przypisuje się nie wartościom napięć, ale przedziałom napięć.

    ECL (Emitter Coupled Logic) – rodzina bipolarnych cyfrowych układów scalonych charakteryzująca się pracą tranzystorów wyłącznie w liniowym zakresie pracy, bez wchodzenia w stan zatkania lub nasycenia. Osiągnięte to zostało przez połączenie tranzystorów w układy wzmacniaczy różnicowych (we wzmacniaczu różnicowym tranzystory są połączone emiterami, stąd nazwa rodziny). W innej serii bipolarnych cyfrowych układów scalonych – TTL przełączanie stanów logicznych związane jest z przechodzeniem tranzystorów ze stanu nasycenia do zatkania i odwrotnie. Wyjście tranzystora ze stanu nasycenia bądź zatkania trwa stosunkowo długo, natomiast dzięki pracy tranzystorów ECL tylko w liniowym zakresie charakterystyki, seria ta jest bardzo szybka. Pierwsze układy tego typu (seria 10k) miały czasy propagacji kilka ns (nanosekund), o rząd wielkości szybciej niż ówczesne układy TTL. Dzisiejsze układy ECL mają czasy propagacji rządu setek a nawet dziesiątek ps (pikosekund).Układ elektroniczny lub obwód elektroniczny – zbiór elementów elektronicznych dyskretnych lub scalonych połączonych elektrycznie tak, aby realizowały określoną funkcję.

    W układach logicznych, gdzie są zdefiniowane tylko dwie wartości liczbowe, rozróżnia się dwa przedziały napięć: wysoki (ozn. H, z ang. high) i niski (ozn. L, z ang. low); pomiędzy nimi jest przerwa, dla której nie określa się wartości liczbowej – jeśli napięcie przyjmie wartość z tego przedziału, to stan logiczny układu jest nieokreślony.

    MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) – technologia produkcji tranzystorów polowych z izolowaną bramką i obwodów układów scalonych. Jest to aktualnie podstawowa technologia produkcji większości układów scalonych stosowanych w komputerach i stanowi element technologii CMOS.PAL (Programmable Array Logic) - układ na matrycy PLD posiadający jedną część nie programowalną podobnie jak układ PLE z tym, że PAL posiada programowalną matrycę bramek AND. Układy zaliczane do grupy prostych programowalnych układów elektronicznych pierwszej generacji (SPLD).

    Jeśli do napięć wysokich zostanie przyporządkowana logiczna jedynka, a do niskich logiczne zero, wówczas mówi się, że układ pracuje w logice dodatniej (inaczej zwaną pozytywną), w przeciwnym razie mamy do czynienia z logiką ujemną (lub negatywną).

    Zobacz też[ | edytuj kod]

  • język opisu sprzętu (HDL)
  • Kod (łac. codex – spis) – ciąg składników sygnału (kombinacji sygnałów elementarnych, np. kropek i kresek, impulsów prądu, symboli) oraz reguła ich przyporządkowania składnikom wiadomości (np. znakom pisma). W niektórych zastosowaniach, głównie przy przesyłaniu informacji podlegających utajnieniu, zwany jest szyfrem. Kody są stosowane m.in. w telegrafii, w technice cyfrowej.Kodowanie korekcyjne lub kodowanie korygujące (ang. ECC - error correction coding, FEC - forward error correction) – technika dodawania nadmiarowości do transmitowanych cyfrowo informacji. Umożliwia całkowitą lub częściową detekcję i korekcję błędów powstałych w wyniku zakłóceń. Dzięki temu nie ma potrzeby wykorzystywania kanału zwrotnego, do poinformowania nadawcy o błędzie i konieczności ponownego przesłania informacji. Kodowanie korekcyjne jest więc wykorzystywane wtedy, gdy retransmisja jest kosztowna, kłopotliwa lub niemożliwa, np. ze względu na ograniczenia czasowe.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Czy wiesz że...? beta

    SPLD (ang. Simple Programmable Logic Device) – grupa prostych programowalnych układów elektronicznych pierwszej generacji.
    Układ kombinacyjny jest jednym z rodzajów układów cyfrowych. Charakteryzuje się tym, że stan wyjść zależy wyłącznie od stanu wejść; stan wyjść opisują funkcje boolowskie - w przeciwieństwie do układów sekwencyjnych, których stan wyjść zależy od stanu wejść oraz od poprzedniego stanu wyjść. W układach kombinacyjnych nie występuje sprzężenie zwrotne.
    Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie po polsku kość) – zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych, takich jak tranzystor, dioda półprzewodnikowa, opornik i kondensator.
    Projektowanie wspomagane komputerowo, CAD (ang. Computer Aided Design) – zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym. Metodologia CAD znajduje zastosowanie między innymi w inżynierii mechanicznej, elektrycznej, budowlanej. Znamienne dla CAD jest cyfrowe modelowanie geometryczne mające na celu opracowanie zapisu konstrukcji wyrobu (jednego obiektu technicznego lub ich układu). Definiowaną postać konstrukcyjną wyrobu tworzą jego cechy:
    PLA, Programmable Logic Arrays - programowalne matryce logiczne. Jest to rodzaj układów programowalnych PLD, które zawierają dwie matryce programowalne - AND oraz OR. W układzie PAL jest tylko jedna matryca AND, a bramki OR są wbudowane. Natomiast w układach PLA funkcję bramek OR pełni właśnie druga programowalna matryca OR, co czyni te układy dużo bardziej elastycznymi.

    Reklama

    tt