1-ma’ruza. Raqamli texnikaning tarixi va rivojlanishi, raqamli
elektronikaning asosiy tamoyillari va afzalliklari
Reja:
1. Fanning vazifasi va mazmuni.
2. Kompyuter sxemotexnikasi asosi rivojining qisqacha tarixi.
3. Kompyuter elementlarining turkumlanishi.
4. Axborotni fizik signallar orqali ifodalanishi.
Tayanch
iboralar:
kompyuter,
qurilma,
elementlar,
uzel,
elektroradiokomponentlar, kompyuter tizimi (KT), kompyuterning element asoslari,
kompyuter avlodlari, integral sxema (IS), katta integral sxema (BIS), o’ta katta
integral sxemalar (SBIS), potentsial, impuls, parallel kod, ketma-ket kod.
1. Zamonaviy kompyuterlar va kompyuter tizimlari va tarmoqlari "Elektronika
va raqamli texnika" fanida o’rganiladigan namunaviy elektron sxemalarda quriladi.
"Elektronika va raqamli texnika" fanining vazifasi zamonaviy kompyuter,
kompyuter tizimlari va tarmoqlarining sxemotexnik asosini o’rganishdan iborat.
Fanning o’rganish natijasida talabalar:
• zamonaviy kompyuter, kompyuter tizimlari va tarmoqlari asosini tashkil
etuvchi integral sxemalar majmualarini, xarakteristikalarini va funktsional
vazifalarini bilishlari;
• integral sxemalar asosida kombinatsion va tadrijiy (xotirali) sxemalarni
qura olishlari;
• katta integral sxemalar asosida qurilmalarni qurishning asosiy usullarini
bilishlari;
• integral sxemalar asosida yaratilgan qurilma parametrlarini o’lchash, ularni
sozlash va sinash ko’nikmalariga ega bo’lishlari shart.
Ma’lumki, har qanday kompyuter va kompyuter tizimi axborotni qabul
qiluvchi, vaqtincha saqlovchi, axborotga ishlov beruvchi va iste’molchiga taqdim
etuvchi qurilmalardan (protsessor, xotira, kiritish-chiqarish qurilmalari) iborat.
Qurilmalar namunaviy uzellar (registrlar, sanagichlar, jamlagichlar,
deshifratorlar va h.) asosida quriladi.
Namunaviy uzellar esa elementlardan (mantiqiy va tadrijiy elementlar) tashkil
topadi.
Elementlar elektroradiokomponentlar (rezistor, kondensator, diod, tranzistor va
h.) asosida quriladi va kompyuterning element asosini tashkil etadi (1.1-rasm).
2. Ishlatiladigan element asosining komponentlari bo’yicha, kompyuter
avlodlariga o’xshash kompyuter sxemotexnikasi rivojining to’rtta asosiy avlodini
ajratish mumkin.
Birinchi avlod (1904 - 1950 y.y.) kompyuter sxemotexnikasi element asosini
elektr vakuum va gazorazryad asboblar tashkil etar edi. Unga elektron lampa,
elektron vakuum trubkalar, gazorazryad indikatorlar va h. mansub.
Ikkinchi avlod (1950 - 1960 yillarning boshlari) kompyuter sxemotexnikasi
diskret yarimo’tkazgich asboblar (diodlar, tranzistorlar, tiristorlar va h.) ishlatilishi
bilan xarakterlanadi.
Uchinchi avlod (1960 - 1980 y.y.) kompyuter sxemotexnikasi
mikroelektronikaning baravar rivoji va integratsiya darajasi turli integral
sxemalarning hamda mikroqotishmalarning yaratilishi bilan bog’liq. Bu bosqichda
elementlar ishonchliligi oshdi, o’lchamlari, massasi, energiya iste’moli kamaydi.
To’rtinchi avlod (1980 yildan to hozirgi vaqtgacha) kompyuter sxemotexnikasi
mikrominiatyurizatsiyalash, katta va o’ta katta integral sxemalar ishlatilishi bilan
bog’liq.
Element asosining komponentlari, ularning parametrlari va kompyuter
avlodlari orasidagi bog’lanishni jadval orqali tasavvur etish mumkin (1.1 -jadval).
Kompyuter tizimi (tarmoq)
Kompyuter
Qurilmalar
Uzellar
Elementlar
Radio komponentlar
1.1-rasm. Hisoblash tizimlarining ierarxik tuzilmasi.
3. Signallarni shakllantirish va uzatish usullari bo’yicha kompyuter elementlari
ikkita sinfga bo’linadi: analog va diskret.
O’z navbatida diskret elementlar impulsli va raqamli elementlarga bo’linadi.
1.1 -jadval
Avlodlar
Parametrlar
Asosiy komponentlar
Tezkorlik
vaqt/element
Elementlarni yig’ish
zichligi
el. Soni/sm3
I
II
1946-1955 y.y.
1955-1965 y.y.
III
1965-70
y.y.
1970-80
y.y.
IV
1980
yildan
IS
BIS, KIS
SBIS
UKIS
1 ms
10–3 sek
Yarim
o’tkazgichli
asboblari
1 mks
10–6 sek
10 ns
10–8 sek
1 ns
10–9 sek
<1 ns
<10–6 sek
0,1
2-3
10-20
1000
> 10 000
Elektromexanik rele,
elektron lampa
Analog elementlar uzluksiz (analog) funktsiya qonuniyati bo’yicha o’zgaruvchi
signallarni qabul qilish, o’zgartirish va uzatish uchun mo’ljallangan. Analog
sxemotexnikasi soddaligi, tezkorligi, bilan ajralib tursada, tashqi omillar, masalan
harorat, namlik, vaqt va h. ta’sirida parametrlarining beqarorligi sodir bo’ladi.
Diskret elementlar diskret shaklda ifodalangan signallarni qabul qilish,
o’zgartirish va uzatish uchun mo’ljallangan. Bunday elementlar xalaqitlarga
bardoshligi, katta bo’lmagan energiya iste’moli va narxi pastligi bilan ajralib turadi.
Impulsli elementlar signallar ketma-ketligini shakllantiradi. Analog axborotni
impulslar ketma-ketligiga o’zgartirish jarayoni impuls modulyatsiyalash deb ataladi.
Raqamli elementlarda signalni kodlash amalga oshiriladi, ya’ni u bir xil
impulslarning ma’lum ketma-ketligiga o’zgartiriladi.
Raqamli elementlarning yuqori ishonchliligi, xalaqitlarga bardoshliligi,
axborotni yo’qotmasdan uzoq vaqt mobaynida saqlay olishi, integral texnologiyaga
moyilligi ularni hozirda juda keng tarqalishiga sabab bo’ldi.
Raqamli elementlarga mantiqiy elementlar va triggerlar kiradi. Ushbu
elementlar asosida kompyuterning "bazaviy" uzellari shakllantiriladi. "Bazaviy" nomi
bu uzellarning kompyuterning barcha qurilmalarida uchrashini bildiradi. Ularga
registrlar, sanagichlar, jamlagichlar, deshifratorlar, shifratorlar, multipleksorlar,
demultipleksorlar va h. kiradi.
Ba’zi kompyuter qurilmalarida ham analog, ham raqamli axborot ishlatiladi.
Bu qurilmalar - kombinatsiyalangan qurilmalarga mansub. Misol sifatida analograqam va raqam-analog o’zgartgichlarini ko’rsatish mumkin.
4. Ikkili alfavitdagi 0 va 1 belgilarning fizik analogi sifatida qiymatlari aniq
farqlanuvchi signallar ishlatiladi. Masalan, yuqori va past sathli kuchlanish
(potentsial), elektr impulsining borligi yoki yo’qligi, ishoralari bir-biriga teskari
magnit maydonining qiymatlari va h.
Raqamli qurilmalarda o’zgaruvchilar va ularga mos signallar vaqtning diskret
onlarida o’zgaradi. Diskret vaqtning ikkita qo’shni onlari o’rtasidagi vaqt oralig’i takt
yoki axborotni ifodalash davri deb atalsa, vaqtning diskret onlari diskret onlar deb
ataladi. Diskret vaqtni vaqt o’qida ketma-ket takt onlariga mos keluvchi nomerlangan
nuqtalar majmui ko’rinishida ifodalash mumkin.
Takt onlari o’rtasidagi vaqt oralig’i ixtiyoriy bo’lishi mumkin. Boshqacha
aytganda, sxemada i -chi vaqt onida o’zgaruvchilar va moc signallar qiymati joriy
vaqt ti ga bog’liq bo’lmay, faqat i -chi takt oni nomeriga bog’liq. Aksariyat hollarda
raqam qurilmalarda diskret vaqt onlarini belgilovchi sinxronlovchi signallarni (SS)
ishlab chiqaruvchi maxsus blok bo’ladi.
Raqamli hisoblash qurilmalarida axborotni fizik ifodalashda odatda potentsial
va impuls usullari qo’llaniladi. Potentsial usulda (1.2.-rasm, "a") 1 va 0
o’zgaruvchilarga mashina sxemasining mos nuqtasida kuchlanishning turli sathlari
mos keladi (potentsial kod). Potentsial signal sathi axborotni ifodalash davri
mobaynida (taktda) o’zgarmaydi.
Axborotni impuls usulida ifodalashda (1.2.-rasm, "b") ikkili o’zgaruvchining
birlik va nollik qiymati sxemaning mos nuqtasida elektr impulsining borligi yoki
yo’qligi orqali ifodalanadi (impuls kod).
Impuls signalni uning amplitudasi U m , asosi (1.2.-rasm, "b") bo’yicha
t
davomiyligi t asos orqali xarakterlash mumkin. Impulsning o’sish vaqti fr va pasayish
vaqti
t pas
mos holda uning fronti va pasayishi deb ataladi.
Xuddi shunday tushunchalarni potentsial signalga ham qo’llash mumkin (1.2rasm, "a"). Potentsial signal kuchlanishning yuqori va pastki sathlarining farqi bilan
ham xarakterlanadi.
t fr
t pas
t fr
t pas
t asos
1.2-rasm. Raqamli axborotni ifodalash usullari. a - potentsial tipdagi signallar;
b - impuls tipdagi signallar.
Potentsial signalda front va pasayish tushunchalari mos holda
kuchlanishlarning pastki sathdan yuqori sathga va yuqori sathdan pastki sathga o’tish
jarayoni bilan doimo bog’liq.
Axborotni ifodalashda ishlatiladigan signallar xiliga bog’liq holda raqamli
qurilma sxemalarini impuls, potentsial va impuls-potentsial sxemalarga ajratish qabul
qilingan. Impuls sxemalarda faqat impuls signallari ishlatiladi, potentsial sxemalarda
faqat potentsial signallar ishlatiladi, impuls-potentsial sxemalarda ham impuls, ham
potentsial signallar ishlatiladi.
So’zni ketma-ket yoki parallel usul orqali ifodalash mumkin (ketma-ket yoki
parallel kod).
Axborotni ketma-ket usulda ifodalashda har bir vaqt takti so’z kodining bitta
xonasini akslantiradi (1.3.-rasm). Bu holda so’zning barcha xonalari navbat bilan
bitta element bilan qaydlanadi va axborot uzatishning bitta kanali orqali o’tadi
1.3.-rasm. Ketma-ket impuls kod (a), ketma-ket potentsial kod (b).
Parallel usulda so’z kodining barcha xonalari bitta vaqt taktida ifodalanadi,
alohida elementlarda qaydlanadi, har biri so’zning faqat bitta xonasini ifodalash va
uzatishga xizmat qiluvchi alohida kanallar orqali o’tadi (1.4.-rasm).
1.4.-rasm. Parellel impuls kod (a), parallel potentsial kod (b).
Qo’llaniladigan kodga bog’liq holda hisoblash texnikasining qurilmalari
ketma-ket yoki parallel qurilmalar deb ataladi. Ketma-ket kod ishlatilganida barcha
amallar, shu jumladan so’zlarni bir uzeldan ikkinchi uzelga uzatish so’zning har bir
xonasi uchun navbat bilan amalga oshiriladi. Shu sababli ketma-ket qurilmalar
parallel qurilmalarga qaraganda sekinroq ishlaydi.
Parallel kodda signallarni uzatish zanjirlari soni, xotirlovchi va o’zgartiruvchi
elementlar soni qurilma ishlaydigan so’z xonalari soniga teng, ya’ni apparatura hajmi
katta bo’ladi. Shunga qaramasdan zamonaviy kompyuterlarda axborotni ishlashda
ishtirok etuvchi asosiy qurilmalar yuqori tezkorlikka erishish maqsadida parallel
quriladi.
Asbob uskunalarni tejash maqsadida ba’zi qurilmalarda , ketma-ket-parallel
koddan foydalaniladi. Bunda so’z qismlarga (bo’g’inlarga) ajratiladi va uzatish,
ba’zida esa ishlash ham ketma-ket, bo’g’inma-bo’g’in amalga oshiriladi.
Nazorat savollari:
1.
Kompyuter sxemotexnikasi rivoji bosqichlarini sanab o’ting.
2.
Uchinchi avlod kompyuter sxemotexnikasining ikkinchi avlodidan jiddiy
farqi nimada.
3.
Kompyuter elementlarining turkumlanishi.
4.
Analog elementlarning vazifasi.
5.
Diskret elementlarning vazifasi.
6.
Potentsial va impuls signallarga ta’rif bering.
7.
Ketma-ket va parallel qurilmalar.
Adabiyotlar
1. X.K.Aripov, A.M.Abdullaev, N.B.Alimova, X.X.Bustanov, E.V.Ob’edkov,
Sh.T.Toshmatov. Sxemotexnika. T.: TAFAKKUR BO’STONI, 2013 y.
2. X.K. Aripov, A.M. Abdullayev, N.B. Alimova, X.X. Bustanov, Sh.T. Toshmatov.
Raqamli mantiqiy qurilmalami loyihalashtirish. Darslik. -T.: «Aloqachi », 2017,
396 bet.
3. Х.К.Арипов, А.М.Абдуллаев, Н.Б.Алимова, Х.Х.Бустанов, Е.В.Объедков,
Ш.Т.Тошматов. Схемотехника. Т.: ALOQACHI, 2010г.
4. Digital Logic Design, Jiwang Ware Z Scene. Fourth Edition, 2002y.
5. Robert L. Boyleastad. Introductory Circuit analysis. 2014-Pearson Education
Limited, 1091 p.
6. Stephon Brown, Zvonko Vranesic. Fundamentals of Digital Logic with Verilog
Design. 2014-The Me Grow-Hin Companies. 847p.
7. Behzad Razavi. Fundamentals of Microelectronics.2nd edition. 2014y. John
Wiley&Sons. 932 p.
8. Амосов B.B. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств.
Учебное пособие. БХВ-Петербург. 2016г. 562с.
9. В.М. Пролейко. Базовые лекции по электронике (в 2-х томах).
ТЕХНОСФЕРА. Москва. 2009 г.
10.С.Н.Лехин. Схемотехника ЭВМ. Санкт-Петербург, 2010г.