!A = Y - - 0 1 1 0
A * B = Y - - - 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
A * B = Y - - - 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
A * B = Y - - - 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0
Αθροιστές
- Απλός αθροιστής (adder)
- Αθροιστής με κρατούμενο
- Σύνδεση αθροιστών
Αριθμητική και λογική μονάδα
Η αριθμητική και λογική μονάδα (arithmetic and logical unit (ALU)) εκτελεί αριθμητικές και λογικές πράξεις ανάμεσα σε δύο τελεστέους.- Τελεστές
- Πράξη π.χ. 74ALS381:
- A - B
- B - A
- A + B
- A ^ B
- A | B
- A & B
Πράξεις που εκτελεί η ALU 74AS181
Υλοποίηση της ALU 74AS181
Δισταθή κυκλώματα
- Απλό RS
- RS με ασφάλεια (latch)
- Συνδεσμολογία master-slave
Τεχνολογία ημιαγωγών
- Το πυρίτιο (silicon) (Si)
- Si n (περίσσεια e) με προσθήκη P, As, Sb
- Si p (έλλειμμα e) με προσθήκη B, Al, Ga
- SiO2 (κακός αγωγός)
- Τεχνολογία N-MOS
- Βασικά στοιχεία κατασκευής ολoκληρωμένων κυκλωμάτων
- Ανάπτυξη κρυστάλων Si με τη μέθοδο Czochralski
- Κοπή δίσκων
- Κατασκευή με φωτολιθογραφία
- Διάχυση p
- Οξείδωση SiO2
- Επίστρωση πολυπυριτίου
- Φωτολιθογραφία και απόξεση για εμφάνιση του Si p
- Διάχυση n
- Απόθεση SiO2 για μόνωση
- Φωτολιθογραφία και απόξεση
- Απόθεση Al για δημιουργία συνδέσεων
- Φωτολιθογραφία και απόξεση Al
- Κοπή και συσκευασία
Τεχνολογία CMOS 7S και έξι επιστρώματα χαλκού
Ο επεξεργαστής 750 της αρχιτεκτονικής IBM Power PC
υλοποιημένος με την τεχνολογία χαλκού CMOS 7S
Πυρίτιο σε γερμάνιο (τομή)
Κύκλωμα κατασκευασμένο με την τεχνολογία
πυριτίου σε μονωτικό υλικό (silicon on insulator (SOI))
σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο
Οι εικόνες προέρχονται από τον τόπο IBM Microelectronics Gallery (http://www.chips.ibm.com/gallery/index.html).
Τεχνολογία μνημών
- RAM (Random Access Memory)
- Στατική (βασισμένη σε δισταθή κυκλώματα)
- Γρήγορη (π.χ. 10ns)
- Υψηλή κατανάλωση
- Χαμηλή πυκνότητα (π.χ. 512 Κbit)
- Δυναμική (βασισμένη σε πυκνωτές (capacitors))
- Σχετικά αργή (π.χ. 70ns)
- Χαμηλή κατανάλωση
- Υψηλή πυκνότητα (π.χ. 16 Μbit)
- Απαιτεί κύκλους ανανέωσης (refresh cycles)
- Πολλαπλών θυρών
- Στατική (βασισμένη σε δισταθή κυκλώματα)
- ROM (Read Only Memory)
- PROM (Programmable Read Only Memory)
- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
- EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
Ακροδέκτες δυναμικής μνήμης 64M bit (16 M word * 4 bit)
Εσωτερική διάταξη της μνήμης
Κύκλος ανάγνωσης
Σύνδεση λογικών πυλών
Διαφορετικοί τρόποι σύνδεσης ανάλογα με την έξοδο του λογικού κυκλώματος:- Κανονικοί λογικοί έξοδοι τύπου totem pole (π.χ. 7400)
Παρέχουν λογική τιμή 0 ή 1, δε μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους. Χρησιμοποιούνται ως βάση για τη δημιουργία σύνθετων λογικών κυκλωμάτων.
Πύλη NAND από το ολοκληρωμένο κύκλωμα 7400. - Ανοικτού συλλέκτη (Open collector) (π.χ. 7401)
Επιτρέπουν την άμεση σύνδεση εξόδων σε λογική διάζευξη αρνητικής λογικής με τη χρήση αντίστασης στην τροφοδοσία. Χρησιμοποιούνται για σύνδεση πολλαπλών εξόδων στο δίαυλο (π.χ. διακοπών) όταν η μεταξύ τους διάζευξη δεν δημιουργεί πρόβλημα.
Πύλη NAND με έξοδο ανοικτού συλλέκτη από το ολοκληρωμένο κύκλωμα 7401. - Τρισταθής έξοδης (tri-state output) (π.χ. 74LS244)
Μπορεί να έχει λογική τιμή 0, 1, ή υψηλής αντίστασης (high impedance (Z)). Η τιμή υψηλής αντίστασης της εξόδου εξαρτάται από την κατάσταση λειτουργίας του κυκλώματος (π.χ. ανάγνωση ή εγγραφή στις μνήμες) και μια ξεχωριστή είσοδο που έχει τυπικά το όνομα EN (enable). Μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους, αλλά μόνο μια έξοδος μπορεί να έχει λογική τιμή κάθε φορά. Χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση πολλαπλών εξαρτημάτων μεταξύ τους (π.χ. στο δίαυλο ή παράλληλη σύνδεση μνημών).
Σχήμα και λογική δομή από το ολοκληρωμένο κύκλωμα 74LS244. Η είσοδος 1G μπορεί να θέσει τις εξόδους σε κατάσταση υψηλής αντίστασης.
Ο δίαυλος PCI
Ο δίαυλος PCI
Required Pins Optional Pins
------------- -------------
----------------
| |
<===AD[31:0]=====>| |<===AD[63:32]====>
<===C/BE[3:0]#===>| PCI |<===C/BE[7:4]#===>
<---PAR---------->| Compliant |<---PAR64-------->
| Device |<---REQ64#------->
<---FRAME#------->| |<---ACK64#------->
<---TRDY#-------->| |
<---IRDY#-------->| |<---LOCK#-------->
<---STOP#-------->| |
<---DEVSEL#------>| |----INTA#-------->
----IDSEL-------->| |----INTB#-------->
| |----INTC#-------->
<---PERR#-------->| |----INTD#-------->
<---SERR#-------->| |
| |<---SBO#--------->
<---REQ#----------| |<---SDONE-------->
----GNT#--------->| |
| |<---TDI-----------
----CLK---------->| |----TDO---------->
----RST#--------->| |<---TCK-----------
| |<---TMS-----------
| |<---TRST#---------
----------------
Ακροδέκτες του διαύλου PCI
Μικροεπεξεργαστές
- Διευθυνσιοδότηση
- Δεδομένα
- Έλεγχος διαύλου (bus control)
- Διαιτησία διαύλου (bus arbitration)
- Διακοπές (interrupt)
Διάγραμμα εσωτερικής δομής και εξωτερικής επικοινωνίας του επεξεργαστή 16 bit (υψηλής ολοκλήρωσης για ενσωματωμένες εφαρμογές) 80186.
Προδιαγραφές και πηγές στο Internet
- Texas Instruments logic components (http://www.ti.com/sc/docs/products/logic/voltage/5.html)
- Hitachi memory components (http://www.has.hitachi.com.sg/grp3/sicd/index.htm)
- PCI Local Bus Technical Summary (http://www.techfest.com/hardware/bus/pci.htm)
- IBM Microelectronics Gallery (http://www.chips.ibm.com/gallery/index.html)
Βιβλιογραφία
- Andrew S. Tanenbaum Η αρχιτεκτονική των υπολογιστών: μια δομημένη προσέγγιση. Τρίτη αμερικάνικη έκδοση. σ. 103-191. Κλειδάριθμος 1995.
- Peter Rechenberg.
Εισαγωγή στην Πληροφορική. σ. 55-79
Κλειδάριθμος, 1992.
- Doug Burger. Memory systems. ACM Computing Surveys, 28(1):63–65, March 1996.
- Toshiba Corporation. CMOS Integrated Circuits Technical Data. 1978.
- Daniel Dobberpuhl and Kevin Fielding. Design of EV-4. Communications of the ACM, 36(2):82, February 1993.
- Richard Hollingsworth. Advanced semiconductor technology. Communications of the ACM, 36(2):83, February 1993.
- Texas Instruments. The TTL Data Book. 1984.
- Gene McWhorter. Understanding Digital Electronics. Texas Instruments, 1978.
Ασκήσεις
Θέματα για σκέψη
- Σχεδιάστε με τη χρήση πυλών NAND τις παρακάτω πύλες:
- AND
- OR
- NOT
- Σχεδιάστε έναν αθροιστή 2 bit.
- Σχεδιάστε με τη βοήθεια δισταθών κυκλωμάτων έναν μετρητή 3 bit.
- Ο επεξεργαστής Alpha DECchip 21064 περιέχει 1.680.000 τρανζίστορ σε chip διαστάσεων 1.4 x 1.7 cm. Υπολογίστε κατά προσέγγιση τις διαστάσεις ενός τρανζίστορ.
Υποχρεωτική άσκηση
- Πόσα και ποιά εξαρτήματα απλής λογικής (πχ 74LS00) χρειάζονται για να φτιαχτεί η ALU που παρουσιάσαμε; Πόσα mA θα μπορεί να στείλει στο δίαυλο; Με ποιό τρόπο μπορεί να ενισχυθεί η έξοδος της ALU στα 14mA;
- Διαβάστε (από τις πηγές στο Internet) και εξηγήστε με δικά σας λόγια τον τρόπο πρόσβασης στη μνήμη RAM EDO. Να υπολογίσετε πόσο χρόνο θα χρειαστεί η ανάγνωση 1ΜΒ με και χωρίς υποστήριξη EDO για τη δυναμική μνήμη της Hitachi HM5164405FJ;
Τελευταία αλλαγή: Δευτέρα, 2 Αυγούστου 2004 12:26 πμ
Εκτός αν αναφέρεται κάτι διαφορετικό, όλο το πρωτότυπο υλικό της σελίδας αυτής
του οποίου δημιουργός είναι ο Διομήδης Σπινέλλης παρέχεται σύμφωνα με τους
όρους της άδειας
«Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Greece License».