Энэ блогийг ерөнхийдөө ашиглахаа байгаад хаасан боловч
зарим хүмүүст хэрэгтэй зүйл байна гэсэн учраас эргүүлэн нээлээ. Уг блогийн
үндсэн хэсэг нь 2012 он хүртэл МУИС, ФЭС-ийн физик-элек-ийн ангид уншиж байсан
тоон электроник лекцийн эмхтгэл болно. Үүнээс гадна аналог элек, тоон
дамжуулалт зэрэг хичээлийн лекцүүдээс бага зэрэг орсон. Харамсалтайн аль аль
хичээлийн лекцүүд бүрэн ороогүйгээс гадна нягтлан уншиж засвар хийлгүй богино
хугацаанд оруулсан учраас алдаа байх магадлалтайг анхаараарай. Одоо
үргэлжлүүлэн багшийн ажил хийхгүй байгаа учраас засан сайжруулах талаар ямар
нэгэн зүйл хийхгүй болно.
Тоон электроникийн хувьд дараах зүйлийг анхаараарай.
Үүнд:
- Логик хэлхээг комбинацын болон санамжтай хэлхээ гэж ангилна.
- Комбинацын хэлхээ нь харьцангуй энгийн хэлхээ бөгөөд оролтоос хамааран үр дүн нь шууд өөрчлөгддөг тул үнэмшлийн хүснэгт хэлбэрээр өгөгдөнө.
- Үнэмшлийн хүснэгтээр өгөгдсөн комбинацын хэлхээг логик AND-OR болон OR-AND гэсэн үндсэн 2 хэлхээ рүү буулгадаг. AND-OR хэлхээг универсал NAND хэлхээ рүү, OR-AND хэлхээг универсал NOR хэлхээ рүү хөврүүлж болдог.
- Үнэмшлийн хүснэгтээс аль болох цөөхөн элемент орсон оновчтой бүтэц бүхий логик хэлхээ байгуулах нь гол зорилго. Энэ зорилгоор 6 хүртэл оролттой үнэмшлийн хүснэгтээс оптимацлагдсан (оновчтой зөв хэлбэрт орсон) логик хэлхээг байгуулах үндсэн дүрэм нь Карногийн тор ашиглан үнэмшлийн хүснэгтээс оновчтой логик илэрхийллийг тооцож гаргах явдал юм.
- 6-гаас дээш оролттой үед Карногийн торыг ашиглан оновчтой Булийн илэрхийллийг олж болдоггүй бөгөөд үүнийг шийддэг өөр олон аргууд байдаг боловч энэ лекцийн хүрээнд огт дурдаагүй болно. Үүнийг ахисан төвшний тоон элек-ийн хичээл дээр заахаар төлөвлөж байсан боловч энэ хичээлийг хөтөлбөрт тусган оруулж чадаагүй билээ. Тиймээс энэ лекцэд байгаа арга нь 6 хүртэл оролттой үнэмшлийн хүснэгтээр өгөгдсөн хэлхээнээс оновчтой зөв тодорхойлогдсон логик хэлхээг байгуулах явдлаар хязгаарлагдсан болно. Үүнийг комбинацын хэлхээний талаар анхан шатны мэдлэг олж авахад хангалттай хэмээн үзнэ.
- Санамжтай хэлхээ нь өмнөх хэлхээнээс ялгаатайн зөвхөн тухайн үеийн оролтоос гадна өмнөх гаралт ямар байснаас хамаардаг тул өмнөх гаралтыг санаж байх санах ойн элемент ашигладгаараа ялгаатай.
- Иймээс санамжтай хэлхээ нь төлөвийн хүснэгт хэмээн нэрлэгддэг төлөвийн хүснэгтээр өгөгдөнө.
- Санах ойн үндсэн 2 элемент нь төлөвөө шууд өөрчилдөг лач ба клок удирдлагаар нэгэн зэрэг өөрчилдөг флип флоп гэсэн 2 хэлбэртэй. Лач ашигласан санамжтай хэлхээг асинхрон хэлхээ гэх бөгөөд ийм төрлийн санамжтай хэлхээг ахисан төвшний тоон элек хичээл дээр үзэхээр төлөвлөсөн билээ. Энэ лекцийн хүрээнд клок удирдлагатай нэгэн зэрэг төлөвөө өөрчилдөг синхрон санамжтай хэлхээний талаар үзэх болно. Синхрон санамжтай хэлхээ нь өнөөдөр хэрэглэгдэж буй үндсэн санамжтай хэлхээ бөгөөд клок-ийн давтамж өндөр болсноос хамааран асуудал гарах болсон нь клок удирдлагагүй санамжтай хэлхээг сонирхох шаардлага гарсан.
- Түүнчлэн логик сигналыг 0 ба 1 гэсэн 2 төлөвт оршдог хэмээн үзэх энэ хичээлийн бас нэг суурь ойлголт юм. Практик дээр логик сигнал 0 ба 1-ээс гадна 0-оос 1, 1-ээс 0 уруу шилжих шилжилтийн мужид байрлах тодорхойгүй байрлалд байж болно. Үүнээс гадна техник дүрслэлийн хэлээр логик сигналыг 9 утгатай байхаар заасан байдаг зэргээс цаашид логик сигналыг 0 ба 1 гэсэн 2-хон утгатай гэж хатуу ойлгох хэрэггүй. Энэ талаар ахисан төвшний тоон элек-ийн хичээлүүд дээр дэлгэрүүлж үздэг.
- Санамжтай хэлхээний хамгийн суурь ойлголт нь төлөв гэдэг ойлголт бөгөөд төлөвийн хүснэгт эсвэл төлөвийн диаграмм хэмээх ойлголтууд болно.
- Үүнийг ойлгочихвол төлөвийн хүснэгтийг үнэмшлийн хүснэгт рүү хэрхэн шилжүүлэх аргыг сураад л бараг болоо. Учир нь үнэмшлийн хүснэгтээс оновчтой логик хэлхээг хэрхэн байгуулах аргыг комбинацын хэлхээ дээр маш сайн заасан байгаа.
- Санамжтай хэлхээг тоон хэлхээний үндсэн гол хэлхээ гэж үзэж байгаа учраас энэ хэлхээг сайтар ойлгож сурах нь тоон хэлхээг ойлгох суурь ойлголт болно. Энэ хэлхээ нь дээр анхаарал хандуулж нэг ч суурь ойлголтыг алгасахгүй заавал сураарай. Хойших бүх зүйл дээр хэрэг болно.
Энэ лекцэд давхар уншиж болох 4 гол суурь ойлголтоос нэмж
оруулсан байгаа.
- Хагас дамжуулагч, транзисторын талаарх үндсэн суурь ойлголт.
- Транзисторт логик хэлхээ буюу бааз элементүүд
- Техник дүрслэлийн хэл ашиглан логик хэлхээг хэрхэн дүрслэх
- Интегралчлагдсан хэлхээ буюу чип, түүнийг хэрхэн ашиглах
Харин тоон дамжуулалт бол нэг их чухал биш, зүгээр хачир
гэж ойлгоорой. За тэгээд сурах явдалд амжилт хүсье. Хэзээ нэгэн цагт ахин
багшлах боломж гарвал олон оролттой комбинацын хэлхээнээс хэрхэн оновчтой
булийн илэрхийллийг гарган авах болон асинхрон санамжтай хэлхээний талаар бичих
болно. Түүнчлэн санамжтай хэлхээн дээр жишээ болгон тоолуур, регистр зэрэг
элементүүдийг үзсэн байгаа. Тэгвэл эдгээр элементүүдийг ашиглан хэрхэн RTL
төвшинд санамжтай хэлхээг дүрслэх (бас ахисан төвшин дээр үзэх ёстой) талаар
суурь мэдлэгийг олгох ёстой. Өөрөөр хэлбэл ахисан төвшний санамжтай хэлхээний талаар бас ороогүй байгаа шүү. Энэ төвшинд практикт маш олон хэлхээг угсардаг
боловч суурь мэдлэг олгоогүйгээс буруу угсрах, алдаатай хэлхээ гаргах
тохиолдлууд дэндүү элбэг байдаг. Үнэндээ гейтийн төвшинд логик хэлхээг угсрах
нь чип ашиглан угсардаг RTL төвшнөөс ялгаатай учраас алдаа гаргах магадлал
байдаг. Гэвч орчин үеийн хэлхээ техник дүрслэлийн хэл ашиглан дүрслэх тал уруу
эргэсэн учраас гейтийн төвшинд угсрах нь илүү ирээдүйтэй гэж болно.
Өөрөөр хэлбэл нийт хэлхээний 70 орчим хувь нь RTL төвшинд
угсрагдсан байдаг бол үлдсэн 30 орчим хувь нь техник дүрслэлийн хэл ашиглан PLD
дээр угсрагдсан байдаг. Програмчлагддаг тоон төхөөрөмж дээр угсрагдаж буй
хэлхээний өсөлт өндөр байгаа учраас хэлхээ энэ чиглэл рүү хөгжих магадлал илүү.
Яг л микроконтроллер дээр угсрагддаг тоон хэлхээ микропроцессор дээр угсрагддаг
тоон хэлхээ рүү шилжиж илүү ойлгомжтой эмбэддэд систем рүү шилжиж байгаатай
нэгэн ижил гэж ойлгож байгаа. Гэхдээ тоон элек-ийн хөгжил 20-30-аад жилийн
давтамжтайгаар нэг суурь хэлхээнээс нөгөө рүү байнга шилжиж ирсэн болохыг
байнга санаарай. Илүү ойлгомжтой хялбар хэлхээний онол гарч ирэхийг үгүйсгэх
аргагүй.
