Введение в цифровую электронику
Курс посвящён принципам работы цифровых электронных устройств, их структуре и особенностям их применения. Рассматриваются основные типы цифровой аппаратуры, алгоритмы их работы. Изучаются наиболее типичные схемотехнические решения и тенденции их развития. Особое внимание уделено наиболее перспективным микропроцессорным системам.
В курсе рассматриваются ключевые принципы цифровой электроники, особенности цифровых сигналов, способы организации взаимодействия элементов, узлов и устройств цифровых систем. Исследуются алгоритмы функционирования базовых элементов и основные схемы их включения, а также их объединения в составе устройств и систем. Приведены базовые сведения о двоичной логике, о цифровых сигналах, кодах, синхронизации, обозначениях на схемах. Рассмотрены логические элементы с жёсткой логикой работы и с программируемым алгоритмом работы. Описаны принципы построения и применения оперативных и постоянных запоминающих устройств. Приведены принципы организации микропроцессорных систем и взаимодействия их составных частей. Исследованы различные методы обмена информацией и их практическая реализация. Рассмотрены основы программирования микропроцессорных систем.
Цель - получение слушателями знаний о базовой терминологии цифровой электроники, ключевых принципах организации цифровых систем, о функциях элементов, узлов, устройств и систем распространенных типов, об организации программного обеспечения. Слушатели должны также получить представление о способах улучшения характеристик цифровых устройств и об основных направлениях развития цифровой электроники.
Перечень лекций и их краткое содержание:
Лекция №1 "Аналоговые и цифровые сигналы" - Рассматриваются достоинства и недостатки аналоговых и цифровых сигналов, различные виды цифровых сигналов и кодов. Даются основные понятия двоичной логики. Излагаются особенности арифметических и логических операций с двоичными кодами.
Лекция №2 "Базовые элементы цифровой электроники" - Рассматриваются базовые логические элементы, используемые в цифровых устройствах, их таблицы истинности, основные схемы включения и области применения. Даются понятия об уровнях представления цифровых устройств, о типах выходных каскадов. Приводятся принципы работы основных комбинационных элементов.
Лекция №3 "Цифровые устройства с внутренней памятью" - Рассматриваются принципы построения устройств с внутренней памятью и области их применения. Приводятся способы организации на основе триггеров различных тактируемых устройств и схем на их основе. Изучаются области применения оперативной и постоянной памяти.
Лекция №4 "Основные понятия микропроцессорной техники" - Рассматриваются особенности работы микропроцессорных систем, их основные аппаратные узлы и распределение функций между ними. Изучаются основные методы организации обмена, их достоинства и недостатки. Приводится сравнение различных типов архитектур и видов микропроцессорных систем.
Лекция №5 "Обмен информацией в микропроцессорной системе" - Рассматриваются основы организации процессора и памяти, методы улучшения их характеристик. Изучаются принципы организации информационного обмена в микропроцессорных системах, особенности используемых шин, синхронного и асинхронного обмена, распространения сигналов по шинам. Рассматриваются временные диаграммы циклов обмена и методы построения устройств сопряжения.
Лекция №6 "Программирование микропроцессорной системы" - Рассматриваются принципы организации программного обеспечения микропроцессорных систем, построения системы команд. Изучаются особенности команд различных типов и их использования для реализации алгоритмов. Рассматриваются области применения различных методов адресации данных.