🗊Презентация Цифровая схемотехника и архитектура компьютера

Категория: Технология
Нажмите для полного просмотра!
– / 101
Скачать

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Цифровая схемотехника и архитектура компьютера. Доклад-сообщение содержит 101 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №1
Описание слайда:

Слайд 2


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №2
Описание слайда:

Слайд 3


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №3
Описание слайда:

Слайд 4


Микроэлектронная промышленность Микроэлектронная промышленность План игры Искусство управления сложностью Цифровая абстракция Системы счисления Логические элементы Логические уровни КМОП транзисторы Энергопотребление
Описание слайда:
Микроэлектронная промышленность Микроэлектронная промышленность План игры Искусство управления сложностью Цифровая абстракция Системы счисления Логические элементы Логические уровни КМОП транзисторы Энергопотребление

Слайд 5


Микропроцессоры кардинально изменили наш мир Микропроцессоры кардинально изменили наш мир Сотовые телефоны, интернет, достижения в медицинской сфере Объем продаж полупроводниковой промышленности вырос с 21 миллиарда долларов в 1985 году до 300 миллиардов долларов в 2011
Описание слайда:
Микропроцессоры кардинально изменили наш мир Микропроцессоры кардинально изменили наш мир Сотовые телефоны, интернет, достижения в медицинской сфере Объем продаж полупроводниковой промышленности вырос с 21 миллиарда долларов в 1985 году до 300 миллиардов долларов в 2011

Слайд 6


Цель курса: Цель курса: Понять, что происходит внутри корпуса компьютера Изучить оснвоные принципы цифровой схемотехники Научиться разрабатывать проекты увеличивающейся сложности Научиться проектировать микропроцессоры
Описание слайда:
Цель курса: Цель курса: Понять, что происходит внутри корпуса компьютера Изучить оснвоные принципы цифровой схемотехники Научиться разрабатывать проекты увеличивающейся сложности Научиться проектировать микропроцессоры

Слайд 7


Абстракция Абстракция Дисциплина Три базовых принципа Иерархичность Модульность Регулярность
Описание слайда:
Абстракция Абстракция Дисциплина Три базовых принципа Иерархичность Модульность Регулярность

Слайд 8


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №8
Описание слайда:

Слайд 9


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №9
Описание слайда:

Слайд 10


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №10
Описание слайда:

Слайд 11


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №11
Описание слайда:

Слайд 12


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №12
Описание слайда:

Слайд 13


Большинство физических величин непрерывны Большинство физических величин непрерывны Потенциал проводника Частота колебаний Положение тела Цифровая абстракция рассматривает дискретное множество возможных значений
Описание слайда:
Большинство физических величин непрерывны Большинство физических величин непрерывны Потенциал проводника Частота колебаний Положение тела Цифровая абстракция рассматривает дискретное множество возможных значений

Слайд 14


Спроектирована Чарльзом Бэббиджем в 1834 – 1871 годах Спроектирована Чарльзом Бэббиджем в 1834 – 1871 годах Считается первым цифровым компьютером Построена из механических шестеренок, каждая шестеренка представляла дискретную величину (0-9) Бэббидж не дожил до окончания работ над машиной
Описание слайда:
Спроектирована Чарльзом Бэббиджем в 1834 – 1871 годах Спроектирована Чарльзом Бэббиджем в 1834 – 1871 годах Считается первым цифровым компьютером Построена из механических шестеренок, каждая шестеренка представляла дискретную величину (0-9) Бэббидж не дожил до окончания работ над машиной

Слайд 15


Два дискретные значения: Два дискретные значения: 1 и 0 1, Истина, Большая величина 0, Ложь, Малая величина 1 и 0: Величина напряжения, угол поворота шестеренки, уровень жидкости и т.д. Цифровые схемы используют значение напряжения для представления 0 и 1 Бит (Bit): Двоичная цифра (Binary digit)
Описание слайда:
Два дискретные значения: Два дискретные значения: 1 и 0 1, Истина, Большая величина 0, Ложь, Малая величина 1 и 0: Величина напряжения, угол поворота шестеренки, уровень жидкости и т.д. Цифровые схемы используют значение напряжения для представления 0 и 1 Бит (Bit): Двоичная цифра (Binary digit)

Слайд 16


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №16
Описание слайда:

Слайд 17


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №17
Описание слайда:

Слайд 18


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №18
Описание слайда:

Слайд 19


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №19
Описание слайда:

Слайд 20


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №20
Описание слайда:

Слайд 21


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №21
Описание слайда:

Слайд 22


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №22
Описание слайда:

Слайд 23


N-разрядное десятичное число N-разрядное десятичное число Сколько значений? Диапазон? Пример: Трехразрядное десятичное число N-битовое двоичное число Сколько значений? Диапазон: Пример: Трехразрядное двоичное число
Описание слайда:
N-разрядное десятичное число N-разрядное десятичное число Сколько значений? Диапазон? Пример: Трехразрядное десятичное число N-битовое двоичное число Сколько значений? Диапазон: Пример: Трехразрядное двоичное число

Слайд 24


N-разрядное десятичное число N-разрядное десятичное число Сколько значений? 10N Диапазон? [0, 10N - 1] Пример: Трехразрядное десятичное число 103 = 1000 возможных значений Диапазон: [0, 999] N-битовое двоичное число Сколько значений? 2N Диапазон: [0, 2N - 1] Пример: Трехразрядное двоичное число 23 = 8 возможных значений Диапазон: [0, 7] = [от 0002 до 1112]
Описание слайда:
N-разрядное десятичное число N-разрядное десятичное число Сколько значений? 10N Диапазон? [0, 10N - 1] Пример: Трехразрядное десятичное число 103 = 1000 возможных значений Диапазон: [0, 999] N-битовое двоичное число Сколько значений? 2N Диапазон: [0, 2N - 1] Пример: Трехразрядное двоичное число 23 = 8 возможных значений Диапазон: [0, 7] = [от 0002 до 1112]

Слайд 25


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №25
Описание слайда:

Слайд 26


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №26
Описание слайда:

Слайд 27


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №27
Описание слайда:

Слайд 28


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №28
Описание слайда:

Слайд 29


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №29
Описание слайда:

Слайд 30


Биты Биты Байты и полубайты (nibble) Байты
Описание слайда:
Биты Биты Байты и полубайты (nibble) Байты

Слайд 31


210 = 1 кило ≈ 1000 (1024) 210 = 1 кило ≈ 1000 (1024) 220 = 1 мега ≈ 1 миллион (1,048,576) 230 = 1 гига ≈ 1 миллиард (1,073,741,824)
Описание слайда:
210 = 1 кило ≈ 1000 (1024) 210 = 1 кило ≈ 1000 (1024) 220 = 1 мега ≈ 1 миллион (1,048,576) 230 = 1 гига ≈ 1 миллиард (1,073,741,824)

Слайд 32


Чему равно 224? Чему равно 224? Сколько значений может представить 32-битовая переменная?
Описание слайда:
Чему равно 224? Чему равно 224? Сколько значений может представить 32-битовая переменная?

Слайд 33


Чему равно 224? Чему равно 224? - 24 × 220 ≈ 16 миллионов Сколько значений может представить 32-битовая переменная? - -22 × 230 ≈ 4 миллиарда
Описание слайда:
Чему равно 224? Чему равно 224? - 24 × 220 ≈ 16 миллионов Сколько значений может представить 32-битовая переменная? - -22 × 230 ≈ 4 миллиарда

Слайд 34


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №34
Описание слайда:

Слайд 35


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №35
Описание слайда:

Слайд 36


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №36
Описание слайда:

Слайд 37


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №37
Описание слайда:

Слайд 38


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №38
Описание слайда:

Слайд 39


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №39
Описание слайда:

Слайд 40


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №40
Описание слайда:

Слайд 41


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №41
Описание слайда:

Слайд 42


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №42
Описание слайда:

Слайд 43


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №43
Описание слайда:

Слайд 44


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №44
Описание слайда:

Слайд 45


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №45
Описание слайда:

Слайд 46


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №46
Описание слайда:

Слайд 47


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №47
Описание слайда:

Слайд 48


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №48
Описание слайда:

Слайд 49


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №49
Описание слайда:

Слайд 50


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №50
Описание слайда:

Слайд 51


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №51
Описание слайда:

Слайд 52


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №52
Описание слайда:

Слайд 53


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №53
Описание слайда:

Слайд 54


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №54
Описание слайда:

Слайд 55


Выполняют логические функции Выполняют логические функции Инверсия (НЕ), И (AND), ИЛИ (OR), И-НЕ(NAND), ИЛИ-НЕ(NOR), и т.д. С одним входом Элемент НЕ, буфер С двумя входами И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ С несколькими входами
Описание слайда:
Выполняют логические функции Выполняют логические функции Инверсия (НЕ), И (AND), ИЛИ (OR), И-НЕ(NAND), ИЛИ-НЕ(NOR), и т.д. С одним входом Элемент НЕ, буфер С двумя входами И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, Исключающее ИЛИ, Исключающее ИЛИ-НЕ С несколькими входами

Слайд 56


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №56
Описание слайда:

Слайд 57


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №57
Описание слайда:

Слайд 58


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №58
Описание слайда:

Слайд 59


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №59
Описание слайда:

Слайд 60


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №60
Описание слайда:

Слайд 61


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №61
Описание слайда:

Слайд 62


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №62
Описание слайда:

Слайд 63


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №63
Описание слайда:

Слайд 64


Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Например: 0 = земля (GND) или 0 В 1 = VDD или 5 В Как трактовать напряжение 4.99 В? Это 0 или 1? Как трактовать напряжение 3.2 В?
Описание слайда:
Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Дискретные уровни напряжения представляют 1 и 0 Например: 0 = земля (GND) или 0 В 1 = VDD или 5 В Как трактовать напряжение 4.99 В? Это 0 или 1? Как трактовать напряжение 3.2 В?

Слайд 65


Диапазон напряжений для 1 и 0 Диапазон напряжений для 1 и 0 Разные диапазоны для входов и выходов обеспечивают работу схем при наличии помех и шумов
Описание слайда:
Диапазон напряжений для 1 и 0 Диапазон напряжений для 1 и 0 Разные диапазоны для входов и выходов обеспечивают работу схем при наличии помех и шумов

Слайд 66


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №66
Описание слайда:

Слайд 67


Любая помеха искажающая сигнал Любая помеха искажающая сигнал Например, сопротивление проводников, помехи источника питания, наводки от соседних проводников и т.д. Пример: элемент (его выходной каскад) выдает 5 В, но из-за сопротивления длинного проводника на приемник поступает 4.5 В
Описание слайда:
Любая помеха искажающая сигнал Любая помеха искажающая сигнал Например, сопротивление проводников, помехи источника питания, наводки от соседних проводников и т.д. Пример: элемент (его выходной каскад) выдает 5 В, но из-за сопротивления длинного проводника на приемник поступает 4.5 В

Слайд 68


Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе формируются корректные выходные сигналы Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе формируются корректные выходные сигналы Для представления дискретных величин используется ограниченный диапазон напряжений
Описание слайда:
Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе формируются корректные выходные сигналы Если на вход элемента поступают корректные логические значения, на его выходе формируются корректные выходные сигналы Для представления дискретных величин используется ограниченный диапазон напряжений

Слайд 69


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №69
Описание слайда:

Слайд 70


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №70
Описание слайда:

Слайд 71


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №71
Описание слайда:

Слайд 72


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №72
Описание слайда:

Слайд 73


В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В следующие годы VDD уменьшается Уменьшается нагрев транзисторов Уменьшается энергопотребление 3.3 В, 2.5 В, 1.8 В, 1.5 В, 1.2 В, 1.0 В, … При соединении микросхем с разными напряжениями питания нужно быть очень осторожным Микросхемы работают, пока они содержат волшебный дым Доказательство: Если волшебный дым покидает микросхему, она перестает работать
Описание слайда:
В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В 1970 и 1980 годы, VDD = 5 В В следующие годы VDD уменьшается Уменьшается нагрев транзисторов Уменьшается энергопотребление 3.3 В, 2.5 В, 1.8 В, 1.5 В, 1.2 В, 1.0 В, … При соединении микросхем с разными напряжениями питания нужно быть очень осторожным Микросхемы работают, пока они содержат волшебный дым Доказательство: Если волшебный дым покидает микросхему, она перестает работать

Слайд 74


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №74
Описание слайда:

Слайд 75


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №75
Описание слайда:

Слайд 76


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №76
Описание слайда:

Слайд 77


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №77
Описание слайда:

Слайд 78


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №78
Описание слайда:

Слайд 79


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №79
Описание слайда:

Слайд 80


p-МОП транзистор работает противоположным образом p-МОП транзистор работает противоположным образом ON, когда Gate = 0 OFF, когда Gate = 1
Описание слайда:
p-МОП транзистор работает противоположным образом p-МОП транзистор работает противоположным образом ON, когда Gate = 0 OFF, когда Gate = 1

Слайд 81


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №81
Описание слайда:

Слайд 82


n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND p-МОП: Хорошо передают 1, т.е. исток соединен с VDD
Описание слайда:
n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND n-МОП: Хорошо передают 0, т.е. исток соединен с GND p-МОП: Хорошо передают 1, т.е. исток соединен с VDD

Слайд 83


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №83
Описание слайда:

Слайд 84


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №84
Описание слайда:

Слайд 85


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №85
Описание слайда:

Слайд 86


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №86
Описание слайда:

Слайд 87


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №87
Описание слайда:

Слайд 88


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №88
Описание слайда:

Слайд 89


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №89
Описание слайда:

Слайд 90


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №90
Описание слайда:

Слайд 91


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №91
Описание слайда:

Слайд 92


n-МОП плохо передают 1 n-МОП плохо передают 1 p-МОП плохо передают 0 Передаточный логический элемент лучший выключатель хорошо передает и 0 и 1 Когда EN = 1, выключатель замкнут (ON): EN = 1 и A соединен с B Когда EN = 0, выключатель разомкнут (OFF): A и B не соединены
Описание слайда:
n-МОП плохо передают 1 n-МОП плохо передают 1 p-МОП плохо передают 0 Передаточный логический элемент лучший выключатель хорошо передает и 0 и 1 Когда EN = 1, выключатель замкнут (ON): EN = 1 и A соединен с B Когда EN = 0, выключатель разомкнут (OFF): A и B не соединены

Слайд 93


Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором p-МОП транзистор: подтягивает выход к высокому напряжению, только если n-МОП цепь не тянет его к низкому напряжению
Описание слайда:
Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором Заменить подтягивающую цепь слабым всегда включенным p-МОП транзистором p-МОП транзистор: подтягивает выход к высокому напряжению, только если n-МОП цепь не тянет его к низкому напряжению

Слайд 94


Псевдо-n-МОП элемент NOR4 Псевдо-n-МОП элемент NOR4
Описание слайда:
Псевдо-n-МОП элемент NOR4 Псевдо-n-МОП элемент NOR4

Слайд 95


Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, слайд №95
Описание слайда:

Слайд 96


“Если автомобильная промышленность подчинялась бы такому же циклу развития, как и компьютерная, Rolls-Royce стоил бы сейчас $100, на одном галлоне бензина проезжал бы миллион миль и взрывался бы раз в году. . .” – Robert Cringley
Описание слайда:
“Если автомобильная промышленность подчинялась бы такому же циклу развития, как и компьютерная, Rolls-Royce стоил бы сейчас $100, на одном галлоне бензина проезжал бы миллион миль и взрывался бы раз в году. . .” – Robert Cringley

Слайд 97


Мощность = Потребление энергии в единицу времени Мощность = Потребление энергии в единицу времени Динамическая потребляемая мощность Статическая потребляемая мощность
Описание слайда:
Мощность = Потребление энергии в единицу времени Мощность = Потребление энергии в единицу времени Динамическая потребляемая мощность Статическая потребляемая мощность

Слайд 98


Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Для зарядки конденсатора емкостью C до напряжения VDD необходима энергия CVDD2 Ток переключается с частотой f: транзистор переключается (от 0 в 1 или наоборот) с такой частотой Конденсатор заряжается f/2 раз за секунду (разрядка из 1 в 0 не требует энергии) Динамическая потребляемая мощность: Pdynamic = ½CVDD2f
Описание слайда:
Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Мощность идет на зарядку емкостей заторов транзисторов Для зарядки конденсатора емкостью C до напряжения VDD необходима энергия CVDD2 Ток переключается с частотой f: транзистор переключается (от 0 в 1 или наоборот) с такой частотой Конденсатор заряжается f/2 раз за секунду (разрядка из 1 в 0 не требует энергии) Динамическая потребляемая мощность: Pdynamic = ½CVDD2f

Слайд 99


Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Обусловлена токами покоя (токами утечки), IDD Статическая потребляемая мощность: Pstatic = IDDVDD
Описание слайда:
Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Мощность, потребляемая, когда элементы не переключаются Обусловлена токами покоя (токами утечки), IDD Статическая потребляемая мощность: Pstatic = IDDVDD

Слайд 100


Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C = 20 нФ f = 1 ГГц IDD = 20 мА
Описание слайда:
Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C = 20 нФ f = 1 ГГц IDD = 20 мА

Слайд 101


Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C = 20 нФ f = 1 ГГц IDD = 20 мА P = ½CVDD2f + IDDVDD = ½(20 nF)(1.2 V)2(1 GHz) + (20 mA)(1.2 V) = 14.4 W
Описание слайда:
Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером Оцените мощность, потребляемую беспроводным переносным компьютером VDD = 1.2 В C = 20 нФ f = 1 ГГц IDD = 20 мА P = ½CVDD2f + IDDVDD = ½(20 nF)(1.2 V)2(1 GHz) + (20 mA)(1.2 V) = 14.4 W

Скачать

Похожие презентации
Mypresentation.ru
Загрузить презентацию