Цифровая электроника и её основные характеристики
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ости устройств и плотности их упаковки. Энергетическое снабжение с использованием традиционных источников является типичным централизованным с присущими ему недостатками. Любой одиночный дефект, приводящий к короткому замыканию шин питания, приводит к катастрофическому отказу устройства в целом. Протекание токов по шинам питания обуславливает термолизацию части поставляемой источником энергии. Неизбежные потери энергии при транспорте от источника к вентилю делает принципиально невозможным создание полностью адиабатических схем, то есть, схем совершенно не диссипирующих энергию.
Вторым классификационным признаком рассматриваемой классификации логично использовать характеристику вентилей-потребителей, отражающую степень диссипации энергии в процессе об-д.2. Энергетика и скорость производства цифровой информации работки и хранения информации. Долгое время существовали логические элементы только полностью диссипирующие потребляемую от источников питания энергию. Электрическая энергия, поставляемая как искусственными, так и естественными источниками электропитания в процессе производства информации диссипировалась полностью, превращаясь в тепло, выделяемое на резистивных элементах конструкции цифровых устройств. Это порождало большие проблемы теплоотвода. Сравнительно недавно появились новые виды вентилей и логических схем, принципиально отличающиеся от упомянутых выше. Появились логические схемы лишь частично диссипирующие энергию, потребляемую от источника в процессе производства информации. В цифровых схемах данного вида энергия диссипируется лишь часть энергии поставляемой источником, другая же часть - обратно возвращается в источник питания и используется повторно. Схемы данного вида имеют качественные отличия от широко используемых традиционных схем, обуславливающие их несомненные достоинства в экономичности.
Классификация цифровых вентилей
Способы подачи энергии, конкретные механизмы ее использования и расходования различны для различных типов вентилей на протяжении выделенных выше временных интервалов процесса производства информации. Для того чтобы систематически проанализировать энергетику производства цифровой информации во всем ее многообразии выше была проведена классификация логических вентилей как потребителей электроэнергии. Способы подачи энергии в вентили определяются прежде всего видом источника питания. Механизмы использования и расходования зависят от схемотехнической организации и видами используемых компонентов вентилей. Все это и определяет классификации.
В подавляющем большинстве известных в настоящее время логических схем энергия расходуется полностью, что порождает одну из важнейших проблем - обеспечение теплоотвода. Стабилизация температуры электронных устройств требует использования эффективных конструктивных средств. Это усложняет аппаратуру. Увеличивается ее вес и габариты, уменьшается эксплуатационная надежность. Для современной электроники, таким образом, проблема уменьшения энергии переключения вентиля становится проблемой номер один. Острая необходимость решения этой проблемы стимулирует поиск новых более энергетически эффективных решений и на уровне элементарных логических вентилей. Одним из возможных путей повышения энергетической эффективности является разработка схемотехнических решений вентилей, в которых энергия, поставляемая источником питания, расходуется в процессе функционирования лишь частично превращаясь в тепло. Идея создания логических вентилей и, соответственно, цифровых устройств на их основе базируется на возвращении части энергии, уже использованной для производства информации, обратно в источник энергопитания.
.4 Скорость производства информации
Скорость производства информации на уровне логических вентилей определяется их схемотехнической организацией, топологией и, главным образом, быстродействием элементарных переключателей-транзисторов. Быстродействие транзисторов, характеризующиеся временами переключения из открытого состояния в закрытое и наоборот, определяется принципом действия, физической структурой и топологическими размерами. В данном разделе будут рассмотрены принципы функционирования основных типов переключателей и их принципиальные особенности. На протяжении сорока пяти лет переключатели совершенствовались. Этот процесс носит эволюционный характер - прежде всего, уменьшаются размеры классических транзисторов и совершенствуются их физическая структура. Одновременно с этим процессом ведутся интенсивные поиски новых принципов функционирования, которые обеспечили бы более высокое быстродействие.
Первым классификационным признаком транзисторов как переключателей для цифровых схем являются принцип действия. В транзисторах скоростные и усилительные свойства обеспечиваются специфическими физическими процессами, явлениями и эффектами, протекающими в монокристаллических и поликристаллических полупроводниковых материалах. В результате взаимодействия этих процессов и их определенной последовательности оказывается возможным управлять величиной тока между токопроводящими (управляемыми) электродами, посредством напряжения и/или тока на входном электроде. Причем малые величины входных воздействий позволяют управлять токами между токопроводящими электродами в широком диапазоне. Для обеспечения высокого быстродействия элементарных переключателей необходимо