Fizika matematika fakulteti

I BOB. RAQAMLI TEXNIKA ASOSLARI

1.1. Raqamli texnikalarning eng sodda ko'rinishlari

Elektron qurilmalar, jumladan kompyuterlarda qayta ishlanayotgan ma’lum otlar, natijalar va boshqa axborotlar ko‘p hollarda elektr signallar ko'rinishida ifodalanadi. Axborot(fizik kattaliklar)ni ikki usulda ifodalash mumkin: analog (uzluksiz) va raqamli (diskret). Birinchi usulda ifodalanayotgan kattalik, unga proporsional bo‘lgan bir signal ko‘rinishida, ikkinchi usulda esa

— har biri berilgan kattalikning bitta raqamiga mos keluvchi bir nechta signallar ketma-ketligi ko'rinishida ifodalanadi. Analog ko'rinishdagi signallarni qabul qilish, o‘zgartirish va uzatish uchun m o‘ljallangan elektron qurilmalar, analog elektron qurilmalar (AEQ) deb ataladi. Signalning nazariy tomondan shakllanishi va uzatilishi mumkin qadar aniqlik va tezkorlik bilan amalga oshiriladi. AEQlar nisbatan sodda tuzilganiga qaram asdan, signalni ixtiyoriy funksional o ‘zgartirishga qodirdir. AEQlar quyidagi kamchiliklarga ega:

— xalaqitbardoshlikning kichikligi. Bunda signalga turli shovqinlar qo'shilishi, yoki temperatura va boshqa omillar ta ’sirida qurilma parametrlarining o‘zgarishi natijasida signal boshlang'ich ko‘rinishidan farqlanadi;

— uzoq masofalarga uzatilganda signalning kuchli buzilishi;

— axborotlarni uzoq muddat saqlashning murakkabligi;

— F1K qiymatining kichikligi. Yuqoridagilardan kelib chiqqan holda kichik vaqt oraliqlarida katta hajmdagi axborotlarni saqlash va qayta ishlash talab qilinganda AEQ lardan foydalaniladi. Bunda AEQ da axborot differensial tenglamalar tizimi bilan ifodalanishini alohida ta ’kidlab o‘tish joiz. Hozirgi kunda axborotlarni raqamli usullarda qayta ishlash muhim o‘rin egallamoqda. Buning uchun analog ko'rinishdagi birlamchi axborot ustida ikkita muhim amal bajariladi: kvantlash va kodlash. Uzluksiz signal x(f)ni ma’lum nuqtalardagi qiymatlari bilan almashtirishga kvantlash deyiladi. Kvantlash vaqt yoki sathlar bo‘yicha amalga oshirilishi mumkin. Kvantlash natijasida elektron qurilmadagi analog ko'rinishdagi birlamchi signal turli shakldagi elektr impulslar ketma-ketligi ko'rinishida ifodalanadi. Kuchlanish U(t) yoki tok I(t) qiymatlarini mos ravishda o'rnatilgan U0 va I0 qiymatlardan qisqa vaqtlarga og‘ishi elektr impuls deb ataladi. Kvantlash natijasida signal ixtiyoriy emas, balki aniq, diskret deb ataluvchi qiymatlarni oladi. Uzluksiz kattalikdan farqli ravishda diskret kattalikning qiymati cheklangan bo‘lib, unda axborotning m a’lum qismi yo‘qolishi mumkin. Analog signallarni kvantlash natijasida hosil bo‘lgan elektr signallarni qabul qilish, qayta ishlash va uzatish uchun moMjallangan qurilmalar

— disrket elektron qurilmalar (DEQ) deb ataladi. Shu sababli DEQlarda kvantlangan signallar uchun elektron kalit sifatida tranzistorlardan (tranzistorning to ‘yinish yoki berk rejimlari) foydalaniladi. Natijada ularda sochiluvchi quw at eng kichik bo‘ladi, issiqlik uzatilishining kichikligi sababli tran zisto rlar qizishi kam ayadi. N atijad a ular parametrlarining nobarqarorligi ham kamayadi. Impulslarni uzatishda signalga ta ’sir ko‘rsatuvchi xalaqit yuzaga kelishi m um kin bo'lgan vaqt qisqa bo‘lganligi sababli, DEQlarning xalaqitbardoshligi AEQlarga nisbatan yuqori bo‘ladi. Kvantlash turiga qarab DEQlar uch guruhga bo‘linadi: impulsli, releyli va raqamli. Impulsli elektron qurilmalar (IEQ)da birlamchi signal vaqt bo'yicha kvantlanadi va odatda o ‘zgarmas chastotadagi impulslar ketma-ketligiga o ‘zgartiriladi. Bu jaray o n impulsli modulatsiyalash deb ataladi. Impulslar ketma-ketligi to 'rtta parametrga ega: impuls amplitudasi, impuls uzunligi, impuls chastotasi va impuls fazasi (im pulslar vaqt momentlari taktiga nisbatan olinadi). Shu sababli m odulatsiyaning to'rtta turi mavjud:

— amplituda — impulsli modulatsiya (AIM); — kenglik — impulsli modulatsiya (KIM );

— chastota — impulsli modulatsiya (ChIM );

— faza - impulsli modulatsiya (FIM ). Amaliyotda ko‘p hollarda AIM , KIM va FIM kombinatsiyalari ishlatiladi. Impulsli modulatsiyalarning bu turlari haqidagi m a'lum otlar. IEQlarning aniqligi va tezkorligi AEQlarnikiga nisbatan kichik hamda impulsli m odulatorlarni ishlab chiqish mushkul. Releyli elektron qurilmalar (REQ) birlam chi analog signalni zinasimon funksiyaga o ‘zgartiradi. Bunda har bir zinaning balandligi, oldindan berilgan m a’lum h kattalikka proporsional bo‘ladi.

RIS elektroradiomateriali deb, RISning shunday qismiga aytiladiki, u oddiy elektroradio zanjirlardagi diskret elem entlar xossalariga ega bo'lib, RIS tarkibidan alohida elem ent sifatida olib tashlab bo‘lmaydi. Yarim o‘tkazgichli RIS elektroradiom ateriallari bo‘lib yarim o‘tkazgich hajmida yoki sirtida shakllangan rezistorlar, kondensatorlar, induktivliklar, diodlar va tranzistorlar hisoblanadi. RIS elektroradiokomponenti deb, RISning shunday qism iga aytiladi-ki, u bir yoki bir nechta elektroradioelem entlar funksiyasini amalga oshiradi, lekin RIS tarkibidan alohida element sifatida olib tashlanishi mumkin va montajgacha mustaqil mahsulot hisoblanadi. Tranzistorlar, keramik kondensatorlar va gibrid IM Slarning boshqa osma elementlari elektroradiokomponentlarga misol bo‘la oladi. Funksional vazifasiga ko‘ra RISlar mantiqiy integral sxemalar (elementlar), axborot saqlash sxemalari (xotira elementlari), yordamchi va maxsus integral sxemalarga bo‘linadi. Mantiqiy integral sxemalar yoki mantiqiy elem entlar ikkilik sanoq tizimda berilgan axborotni mantiqiy o'zgartirishga mo‘ljallangan. Bular kompyuter va boshqa raqam li tizimlarning asosiy “ qurilish g‘ishtchalari”dir. Ular qurilma tarkibidagi elem entlarning 70—80 % ini tashkil etadi. Mantiqiy integral sxem alarni o‘z navbatida quyidagilarga ajratish mumkin:

— asosiy funksional to‘liq majmua (A F T M )ning mantiqiy funksiyalarini amalga oshiruvchi sxemalar va elementlar;

— funksional to ‘liqlikka ega bo‘lgan, yakka universal mantiqiy funksiyalarni amalga oshiruvchi sxemalar va elementlar;

— funksional elementlar deb ataluvchi, bir necha mantiqiy funksiyalarni amalga oshiruvchi sxemalar;

— talab qilingan funksiyalarni amalga oshiruvchi sxemalar (adaptiv elementlar). Katta funksional mazmunga ega bo‘lgan, murakkab mantiqiy funksiyalarga mos keluvchi funksional elementlar AFTM yoki universal funksiyalar amallarini bajaruvchi negiz mantiqiy elementlar asosida quriladi. Adaptiv elementlar — dasturlanuvchi elementlar bo‘lib, hozirgi kunda mikroprotsessorlarni rivojlanish cho‘qqisi deb hisoblash mumkin. Kelajakda, tashqi muhit shartlari bilan aniqlanadigan funksiyalarni bajaradigan to‘liq adaptiv elementlar haqida so‘z yuritish mumkin.

Axborot saqlash sxemalari (xotira elementlari) ikkilik axborotni eslab qolish va vaqtincha saqlashga mo‘ljallangan. Bu sxemalarni maxsus usulda tuzib, ular yordam ida axborotni yozish va o'qish, o‘chirish va qayta tiklash, hamda saqlanayotgan axborotni indikatsiya qilish mumkin. Bunday elementlar triggerlar deb ataladi va ular negiz mantiqiy elementlar asosida ham amalga oshirilishi mumkin. Yordamchi integral sxemalar yoki elementlar elektr signallami kuchaytirish, shakllantirish, ushlab turish, generatsiyalash uchun mo‘ljallangan.

Mantiqiy element (M E) deb kirish signallari ustida aniq bir mantiqiy amal bajaradigan elektron qurilmaga aytiladi. RIS yaratishda faqat FTM funksiyalarini amalga oshiruvchi M Elar qo‘llaniladi. Ular negiz MElar deb ataladi. Ko‘p hollarda RISlar HAM-EMAS (Sheffer ME) yoki YOKI-EMAS (Pirs ME) funksiyalarini amalga oshiruvchi negiz MElar asosida tuziladi. Raqamli (mantiqiy) elektron qurilmalar turli belgilariga ko‘ra sinflanishlari mumkin. Ishlash prinsipiga ko‘ra barcha MElar ikki sinfga bo’linadidilar: kombinatsion va ketma-ketli. Kombinatsion qurilmalar yoki avtomatlar deb, chiqish signallari kirish o ‘zgaruvchilari kombinatsiyasi bilan belgilanadigan, ikkita vaqt momentiga ega bo‘lgan, xotirasiz mantiqiy qurilmalarga aytiladi. Kombinatsion qurilmalar yoki HAM-EMAS, YOKI-EMAS va boshqa alohida elementlar yordamida, yoki o‘rta ISlar, yoki katta va o‘ta katta IS tarkibiga kiruvchi ISlar ko‘rinishda tayyorlanadi. Mazkur va keyingi boblarda faqat kombinatsion MEIami ko'rib chiqamiz. Ketma-ketli qurilmalar yoki avtomatlar deb, chiqish signallari kirish o‘zgaruvchilari kombinatsiyasi bilan belgilanadigan, hozirgi va oldingi vaqt momentlari uchun, ya’ni kirish o'zgaruvchilarining kelish tartibi bilan belgilanadigan, xotirali mantiqiy qurilmalarga aytiladi. Ketmaketli qurilmalarga triggerlar, registrlar, hisoblagichlar misol bo‘la oladi. Ikkilik axborotni ifodalash usuliga ko‘ra qurilmalar potensial va impuls raqamli qurilmalarga bo‘linadi. Potensial raqamli qurilmalarda mantiqiy 0 va mantiqiy 1 qiymatlariga elektr potensiallaming umuman bir-biridan farqlanuvchi: yuqori va past sathlari belgilanadi. Impuls raqamli qurilmalarda mantiqiy signal qiymatlariga (0 yoki 1) impulslar sxemasi chiqishida ma’lum davomiylik va amplitudaga ega bo‘lgan impulsning mavjudligi, ikkinchi holatiga esa — impulsning yo‘qligi to‘g‘ri keladi. Ko‘rib o‘tilgan kodlash usullarining har biri o‘z afzalliklari va kamchiliklariga ega. Raqamli qurilmalarning ko‘pi potensial sinfga mansub. Mantiqiy signalni potensial usulda kodlashda, potensial (kuchlanish)ning qay bir sathi mantiqiy deb olinishi ah amiyatga ega emas. Bu kuchlanishning qutbi ham ahamiyatga ega emas. Shu sababli amaliyotda yoki mantiq turi, yoki kuchlanish qutbi, yoki ham u, ham bu ko‘rsatkichi bilan farqlanuvchi to‘rtta kodlash

variantidan biri uchrashi mumkin. Mantiqiy 0 va 1 larni har bir variantda kodlash usullari 1.1 2-rasmda keltirilgan. Mantiqiy o ‘zgaruvchini potensial kodlash usulida ixtiyoriy mantiqiy funksiya qayta ulagichlar yoki elektron kalitlar asosida yaratiladi. Elektron kalit yoki ventil deb shunday elektron qurilmaga aytiladiki, uning kirishdagi boshqaruv kuchlanishi qiymatiga bog'liq holda ikkita turg'un holatdan birida: uzilgan yoki ulangan bo‘lishi mumkin.

1-rasm

Sodda kalitlar asosida ancha murakkab sxemalar tuzish mumkin: mantiqiy, triggerli va boshqalar. Berilgan ixtiyoriy murakkablikdagi mantiqiy amalni bajarish uchun kirish signallari har biri ME bilan yuklangan va axborot kirishlariga ega bo ‘lgan ketm a-ket ulangan MElar zanjiridan o ‘tishi kerak. 0‘KISlarda bir vaqtda ishlayotgan MElar soni bir necha mingtaga yetishi mumkin. Bu vaqtda, har bir ME o‘z funksiyasini bexato bajarishi va o ‘zgartirishlarni buzilishlarsiz ta ’minlashi kerak. RISlar va raqamli qurilmalarni tayyorlash, sozlash va ishlatish jarayonlarida MElam ing har birini alohida m oslashtirish va sozlash taqiqlangani sababli, MElarning o ‘zi quyidagi fundamental xossalarga ega b o ‘lishi lozim.