TARTALOMJEGYZÉK
ELŐSZÓ .............................................................................................................. 3 1. BEVEZETÉS ................................................................................................... 4 1.1. A logikai hálózatok csoportosítása ............................................................ 5 1.2. Logikai rendszerek .................................................................................... 6 2. SZÁMRENDSZEREK ÉS KÓDRENDSZEREK............................................ 7 2.1. Számrendszerek......................................................................................... 7 2.1.1. Számok felírása a különböző számrendszerekben........................... 7 2.1.2. Számok konvertálása ....................................................................... 9 2.1.2.1. Decimális-bináris konverzió (D → B)................................10 2.1.2.2. Bináris-decimális konverzió (B → D) ................................11 2.1.2.3. Bináris-oktális konverzió (B → O).....................................11 2.1.2.4. Oktális-bináris konverzió (O → B) ....................................11 2.1.2.5. Decimális-oktális konverzió (D → O)................................12 2.1.2.6. Oktális-decimális konverzió (O → D)................................12 2.1.2.7. Bináris-hexadecimális konverzió (B → H).........................12 2.1.2.8. Hexadecimális-bináris konverzió (H → B) ........................13 2.1.2.9. Oktális-hexadecimális konverzió (O → H) ........................13 2.1.2.10. Hexadecimális-oktális konverzió (H→ O) .......................13 2.1.2.11. Decimális-hexadecimális konverzió (D → H)..................13 2.1.2.12. Hexadecimális-decimális konverzió (H → D)..................14 2.1.3. Komplemens számok.......................................................................14 2.1.2.3.1. Egyes komplemens ..........................................................14 2.1.2.3.2. Kettes komplemens..........................................................15 2.1.4. Bináris számábrázolás digitális berendezésekben ...........................16 2.1.4.1. Nagyságrend ábrázolása .....................................................16 2.1.4.1.1. Fixpontos számábrázolás ....................................16 2.1.4.1.2. Lebegőpontos számábrázolás .............................17 2.1.4.2. Előjel ábrázolása.................................................................17 2.1.4.2.1. ,,Előjelnagyság”-ábrázolás..................................17 2.1.4.2.2. Előjeles 1-es komplemensű ábrázolás ................17 2.1.4.2.3. Előjeles 2-es komplemensű ábrázolás ................18 2.1.5. Összeadás és kivonás komplemens számábrázolással.....................18 2.1.5.1. Az 1-es komplemenssel adott számok összevonása ........................................................................20 2.1.5.2. A kettes komplemenssel adott számok összevonása ........................................................................21
334
2.2. Kódrendszerek...........................................................................................22 2.2.1. Kódolási alapfogalmak ....................................................................22 2.2.2. A kódolt információ átvitele............................................................23 2.2.3. Kódtípusok ......................................................................................28 2.2.3.1. Számkódok (numerikus kódok) ..........................................28 2.2.3.1.1. Súlyozott (pozicionális) kódok)..........................28 2.2.3.1.2. BCD kódok .........................................................28 2.2.3.1.3. Excess kódok ......................................................31 2.2.3.1.4. Hibafelfedő és javító kódok................................31 2.2.3.2.2. Alfanumerikus kódok .........................................34 2.2.3.2.1. Az ASC II kód ....................................................34 2.2.3.2.2. A telex kód..........................................................34 3. A LOGIKAI TERVEZÉS ALAPJAI ...............................................................36 3.1. Logikai változók........................................................................................36 3.1.1. Logikai változók szemléltetése........................................................36 3.2. Logikai függvények...................................................................................37 3.2.1. Egyváltozós logikai függvények .....................................................38 3.2.1.1. A NEM kapcsolat ...............................................................39 3.2.1.2. A jelmásolás (jelkövetés)....................................................40 3.2.2. Kétváltozós logikai függvények ......................................................41 3.2.2.1. ÉS kapcsolat .......................................................................42 3.2.2.2. VAGY kapcsolat ................................................................44 3.2.2.3. Antivalencia kapcsolat........................................................47 3.2.2.4. Ekvivalencia kapcsolat .......................................................49 3.2.2.5. NEM-ÉS kapcsolat .............................................................50 3.2.2.6. NEM-VAGY kapcsolat ......................................................52 3.2.2.7. Az implikáció .....................................................................53 3.2.2.8. Az inhibició ........................................................................53 3.2.3. Többváltozós logikai függvények megadási módjai .......................54 3.2.3.1. Értéktáblázat .......................................................................55 3.2.3.2. Index számos alak...............................................................56 3.2.3.3. Grafikus megadás ...............................................................56 3.2.3.4. Teljes diszjunktív normál alak............................................57 3.2.3.5. Teljes konjuktív normál alak ..............................................59 3.3. A BOOLE algebra összefüggései ..............................................................61 3.4. Logikai függvények minimalizálása..........................................................62 3.4.1. Algebrai módszer ............................................................................63 3.4.2. Grafikus minimalizálás....................................................................63 3.4.3. Numerikus minimalizálás ................................................................74 3.5. Szimmetrikus függvények .........................................................................86 3.6. Logikai függvények realizálása .................................................................89
335
3.6.1. Kétfokozatú (kétszintű) hálózatok...................................................89 3.6.2. Többfokozatú (többszintű) hálózatok ..............................................95 4. DIGITÁLIS ÁRAMKÖRÖK ......................................................................... 99 4.1. A digitális áramkörök jellemzői .............................................................. 99 4.2. Második generációs digitális áramkörök .................................................102 4.3. Digitális integrált áramkörök...................................................................110 4.3.1. A TTL-rendszer .............................................................................110 4.3.1.1. A TTL NAND-kapu .........................................................111 4.3.1.2. TTL-családok ...................................................................119 4.3.1.3. Terhelés és terhelhetőség..................................................121 4.3.1.4. Alkalmazástechnikai ajánlások.........................................121 4.3.2. Emitter csatolású logika (ECL) .....................................................122 4.3.3. I2L logika .......................................................................................123 4.3.4. Digitális MOS áramkörök .............................................................125 4.3.4.1. CMOS logikai áramkörök ................................................127 4.3.4.2. BiCMOS logikai áramkörök.............................................130 4.3.4.3. GALLEUM-ARZENID logikai áramkörök (GaAs) .........131 4.3.5. Összehasonlító táblázatok..............................................................134 4.4. Pneumatikus logikai elemek....................................................................136 5. KOMBINÁCIÓS HÁLÓZATOK ..................................................................142 5.1. Kombinációs hálózatok strukturális kérdései ..........................................142 5.1.1. Többkimenetű áramlogikájú hálózati struktúrák ...........................143 5.1.2. Feszültséglogikájú hálózatok struktúrái ........................................144 5.2. Kombinációs típusú funkcionális egységek.............................................144 5.2.1. Aritmetikai áramkörök ..................................................................144 5.2.1.1. Félösszeadó, teljes összeadó.............................................144 5.2.1.2. Komplemens aritmetikai áramkörök ................................147 5.2.1.3. NBCD kódú összeadó.......................................................148 5.2.1.4. Párhuzamos szorzó ...........................................................149 5.2.1.5. Digitális komparátorok .....................................................149 5.2.2. Kódolási művelettel kapcsolatos áramkörök .................................150 5.2.2.1. Kódoló áramkörök............................................................151 5.2.2.2. Dekódoló áramkörök ........................................................151 5.2.2.3. Kódátalakító áramkörök ...................................................154 5.2.2.4. Hibafelfedő és javító áramkörök ......................................155 5.2.3. Helyzet/digitál átalakítók...............................................................158 5.2.4. Multiplexerek, demultiplexerek.....................................................160 5.3. Hazárdok .................................................................................................163
336
6. SORRENDI HÁLÓZATOK ..........................................................................168 6.1. Sorrendi hálózatok leírási módszerei.......................................................168 6.2. Sorrendi hálózatok csoportosítása ...........................................................172 6.3. Flip-flopok...............................................................................................177 6.3.1. Az RS, ill. inverz RS flip-flop .......................................................177 6.3.2. A D flip-flop ..................................................................................182 6.3.3. A JK flip-flop ................................................................................184 6.3.4. Szinkron sorrendi hálózatokban fellépő káros jelenségek .............187 6.3.5. Flip-flopok vezérlési függvényeinek meghatározása.....................188 6.4. Regiszterek ..............................................................................................189 6.4.1. Statikus regiszterek........................................................................189 6.4.2. Léptető regiszterek ........................................................................189 6.4.3. Visszacsatolt regiszterek ...............................................................191 6.5. Számlálók ................................................................................................191 6.5.1. Aszinkron számlálók .....................................................................192 6.5.2. Szinkron számlálók .......................................................................194 6.6. Félvezető alapú memóriák.......................................................................198 6.6.1. RAM memóriák.............................................................................199 6.6.2. ROM memóriák.............................................................................204 6.6.3. Memóriák bővítése ........................................................................207 7. MIKROPROCESSZOROK, MIKROSZÁMÍTÓGÉPEK..............................209 7.1. Bevezetés a mikroprocesszor technikába ................................................209 7.1.1. Mikroprocesszor történelem ..........................................................209 7.1.2. A digitális számítógépek általános felépítése ................................210 7.1.3. Mikroszámítógép funkciói.............................................................213 7.1.4. A mikroprocesszor tipikus műveletei ............................................215 7.2. Nyolc bites mikroprocesszorok ...............................................................219 7.2.1. Az i8085 CPU hardver felépítése ..................................................219 7.2.1.1. Regiszterblokk ..................................................................220 7.2.1.2. ALU-blokk .......................................................................221 7.2.1.3. A 8085 időzítő-vezérlő egység .........................................221 7.2.1.4. A 8050 megszakítás rendszere..........................................222 7.2.1.5. A 8085 folyamatábrája .....................................................223 7.2.2. A 8085 µP címzési módok ............................................................225 7.2.2.1. Címzési módok .................................................................225 7.2.2.2. Utasításkészlet ..................................................................226 7.2.2.2.1. Adatmozgató utasítások....................................227 7.2.2.2.2. Aritmetikai utasítások .......................................229 7.2.2.2.3. Logikai utasítások.............................................232 7.2.2.2.4. Vezérlésátadó utasítások...................................234 7.2.2.2.5. Stack, I/O és a gépi vezérlési utasításai ............236
337
7.2.3. Mikroszámítógépek programozási technikája ...............................239 7.2.3.1. Szubrutin kezelés..............................................................240 7.2.3.2. Makrók .............................................................................242 7.2.3.3. Programhurkok, programelágazások ................................244 7.2.3.4. Megszakításkezelés ..........................................................245 7.2.3.5. I/O kezelés ........................................................................249 7.2.3.6. Bitmaszkolás, táblázatkezelés...........................................250 7.2.4. Beviteli/kiviteli eszközök (Input/output Devices) .........................250 7.3. MCS 8086 mikroszámítógép ...................................................................252 7.3.1. 8086 hardver..................................................................................253 7.3.1.1. A 8086, ill. 8088 CPU ......................................................253 7.3.1.2. Processzor architektúra.....................................................254 7.3.1.3. A 8086 processzor regiszterei és flag-jei..........................255 7.3.1.3.1. Általános célú regiszterek.................................256 7.3.1.3.2. Pointer regiszterek ............................................257 7.3.1.3.3. Index regiszterek...............................................257 7.3.1.3.4. Szegmens regiszterek........................................257 7.3.1.3.5. A flag regiszter .................................................258 7.3.1.4. A 8086 processzor címzési módjai ...................................259 7.3.1.4.1. Programozási címzési módok ...........................259 7.3.1.4.2. Adat memóriacímzési módok ...........................260 7.3.1.4.3. A címzési mód byte ..........................................260 7.3.2. Az i80286-os processzor ...............................................................263 7.3.3. Az i80386/486os processzorok......................................................266 7.4. RISC processzorok ..................................................................................269 7.4.1. RISC processzorok utasításkészlete ..............................................272 7.4.2. MIPS processzorok........................................................................273 7.4.3. SPARC processzorok ....................................................................275 7.4.4. A CISC és RISC processzorok összehasonlítása ...........................276 7.5. A Pentium processzor..............................................................................277 7.6. Mikrovezérlők .........................................................................................283 7.6.1. A PIC mikrovezérlő család............................................................283 7.6.1.1. A PIC16C mikrovezérlő család ........................................284 7.6.1.2. A PIC mikrovezérlők átfedéses utasítás végrehajtása.......286 7.6.2. A PIC 16C74 típusú mikrovezérlő ................................................288 8. PROGRAMOZHATÓ LOGIKAI ESZKÖZÖK ............................................294 8.1. PLA, FPLA eszközök..............................................................................295 8.2. PAL/GAL eszközök ................................................................................300 8.3. CPLD eszközök.......................................................................................306 8.4. FPGA eszközök.......................................................................................308 8.4.1. XILINX FPGA eszközök ..............................................................310
338
8.5. A programozhatóságot biztosító eszközök ..............................................315 8.5.1. Bipoláris eszközök.........................................................................316 8.5.2. MOS programozható elemek.........................................................318 8.6. Programozható eszközök összehasonlítása..............................................320 8.7. Digitális rendszerek tervezése programozható eszközökkel....................321 8.8. ASIC CAD eszközök...............................................................................322 8.8.1. Az FPLA, PAL, GAL, SPLD tervezőrendszerek ..........................323 8.8.2. FPGA alapú CAD rendszerek........................................................323 8.9. Diagnosztika és tesztelés .........................................................................323 8.10. Peremfigyeléses tesztelés (Boundary Scan) ..........................................329
339
