Содержание
Введение 2
1 Анализ технического
задания 6
2 Обоснование схемы
электрической структурной 8
3 Выбор и обоснование
схемы Э2 разрабатываемого устройства
14
4 Выбор и обоснование
схемы Э3 разрабатываемого устройства
15
4.1 Выбор элементной
базы 15
4.2 Разработка
схемы Э3. Описание принципа работы
устройства 30
5 Расчётная часть 31
5.1 Расчёт времени задержки
распространения сигнала 31
5.2 Расчёт потребляемой
мощности 33
5.3 Проверочный расчёт
нагрузочной способности 34
6 Экспериментальная часть 36
Заключение 38
Список используемой
литературы 40
Введение
Computer (компьютер) — электронно-вычислительная машина
(ЭВМ). Это буквальный перевод термина
с английского языка. В нашем языке также
закрепилось и это английское слово. Компьютер
— это электронное устройство, которое
позволяет производить вычисления под
управлением человека, ее пользователя.
Существует огромное множество разнообразных
компьютеров — электронных вычислителей.
Они встраиваются в автомобили (там говорят
о "бортовых компьютерах"), в мобильные
телефоны, принтеры, холодильники, промышленное
оборудование и многое другое. Там они
выполняют строго определенные задачи
по одной единственной программе, которая
не может быть изменена пользователем.
Их относят к специализированным компьютерам.
Но есть и универсальные
компьютеры, которые могут загружать
для выполнения и программу, по которой
проводятся вычисления, и данные, над
которыми проводятся вычисления. Такие
компьютеры делятся на классы: сверхбольшие
(суперкомпьютеры), большие, миникомпьютеры и
микрокомпьютеры (подклассом которых
являются персональные компьютеры или
ПК). По-английски — Personal Computer (PC). Слово
"персональный" означает, что компьютер
находится во владении одного пользовтеля
и полностью управляется им (индивидуальный
компьютер). В свою очередь персональные
компьютеры принято разделять на типы:
пользовательские, офисные, портативные
("ноутбуки" — Notebook), рабочие станции
и игровые. Это деление по сфере использования.
Появляются и новые типы: "наладонники",
"нетбуки" и пр.
Появление персональных
компьютеров (относительно небольших
по размеру, но очень мощных по вычислительным
возможностям) связано с прогрессом электронной
техники и появлением больших интегральных
микросхем, способных объединять в себе
миллионы отдельных электронных "переключателей"
— транзисторов. Первый персональный
компьютер, который назывался Apple (на базе
первой в своем классе микросхемы-процессора
Intel 8080), был создан в 1976 году фирмой, которая
имела такое же название. Сейчас Apple выпускает
линейку персональных компьютеров Macintosh
(или сокращенно Mac). Вскоре после появления
первого ПК лидерство в этой области перехватила
корпорация IBM — гигант компьютерной индустрии.
Ею в 1981 году был выпущен компьютер IBM PC.
Такому событию способствовала умелая
маркетинговая политика корпорации. Исторически
в нашей стране используются практически
только компьютеры PC. Но в США и других
странах популярны как Mac, так и PC. По внешнему
виду и работе Mac и PC очень похожи друг
на друга, но они не взаимозаменяемые ни
по аппаратным частям, ни по программам
(как два автомобиля разных изготовителей).
Персональные компьютеры
IBM были построены на основе принципа
открытой архитектуры, что означает:
- блочный принцип построения (легко заменять блоки для ремонта и улучшения — говорят "апгрейда" (от английского слова upgrade) );
- возможность наращивания аппаратных ресурсов (можно прилаживать к компьютеру дополнительные блоки, чтобы расширять его возможности);
- наличие информационной шины или информационной магистрали (набора проводников с разъемами), к которой подключены все составные части компьютера и по которой передаются данные и программы (универсальная конструкция).
Внешние и внутренние
устройства подключаются к шине компьютера
через разъемы. USB (Universal Serial Bus — универсальная
последовательная шина) — предназначен
для подключения большого количества
устройств (флэш-карта, мышь, клавиатура
и т.д.) и выведен на переднюю панель корпуса
компьютера. USB-разъемов обычно несколько.
Для персонального компьютера существует понятие
базовой конфигурации. Это минимально
необходимый состав компьютерной системы,
при котором она будет не только корректно,
но и надежно работать. В базовую конфигурацию
включают четыре устройства:
- Системный блок представляет собой металлический корпус, внутри которого размещаются самые важные рабочие блоки компьютера. Состав системного блока будет рассмотрен ниже на этой странице.
- Монитор - основное устройство для вывода данных. Монитор отображает цифровую, символьную и графическую информацию, получаемую из компьютера.
- Клавиатура - устройство для ввода данных. Клавиатура имеет более 100 клавиш для ввода букв, символов и управляющих команд. Алфавитно-цифровые клавиши расположены "как на печатной машинке" соответствующего алфавита.
- Мышь - устройство ввода, предназначенное для управления операционной системой и программами. Перемещение небольшой мыши по плоской поверхности стола синхронизовано с перемещением графического объекта (указателя) на экране монитора. Кнопки (и колесико) мыши используются для ввода команд.
Персональные компьютеры классифицируются в зависимости от назначения
следующим образом:
- Настольный компьютер (англ. desktop computer) — стационарный персональный компьютер, предназначенный в первую очередь для работы в офисе или в домашних условиях. Термин обычно используется для того, чтобы обозначить вид компьютера и отличить его от компьютеров других типов, например, портативного компьютера, карманного компьютера, встроенного компьютера или сервера.
- Ноутбук (англ. notebook — блокнот, блокнотный ПК) — портативный персональный компьютер, в корпусе которого объединены типичные компоненты ПК, включая дисплей, клавиатуру и устройство указания (обычно сенсорная панель, или тачпад), карманный компьютер, а также аккумуляторные батареи. Ноутбуки отличаются небольшими размерами и весом, время автономной работы ноутбуков изменяется в пределах от 1 до 15 часов.
- Планшетный персональный компьютер (планшетный ПК, tablet PC) — полноразмерный ноутбук, относящийся к классу мобильных компьютеров оборудованных сенсорным экраном, позволяющий работать при помощи стилуса или пальцев, как с использованием, так и без использования клавиатуры и мыши.
- Карманный персональный компьютер (КПК, англ. Personal Digital Assistant, PDA — «личный цифровой секретарь», а также Handheld computer) — портативное вычислительное устройство, обладающее широкими функциональными возможностями. КПК часто называют наладонником (англ. palmtop) из-за небольших размеров.
- Промышленный персональный компьютер (Промышленный ПК, англ. Industrial PC, IPC) — персональный компьютер предназначенный для работы в рамках промышленного производственного процесса на предприятии.
Целью курсового проектирования является
разработка «Устройства автоматического
выхода процессора», обладающего сравнительно
высокими техническими показателями,
высокой надёжностью, современной элементной
базой.
1 Анализ технического задания
При рассмотрении технического
задания по теме «устройство автоматического выхода процессора» выполним
анализ существующей отечественной и
зарубежной литературы по рассматриваемой
теме. Согласно источнику (научно-технический
и производственный журнал «Микропроцессорные
средства и системы») данное устройство
должно обеспечивать автоматический выход
процессора на стартовый адрес программы,
хранящейся в ПЗУ встраиваемой системы,
при включении питания и перезапуске микроЭВМ.
Технические характеристики микросхем,
используемых в устройстве, можно посмотреть
в справочнике «Интегральные микросхемы
и их зарубежные аналоги», автора Нефедова
А. В. Информацию по микроконтроллерам
и микропроцессора можно найти в справочнике
«Микропроцессоры и микропроцессорные
комплекты интегральных микросхем», автора
Шахнова В. А.
Проанализируем исходные
данные. Технические характеристики проектируемого устройства должны
быть следующими:
- потребляемая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической
энергии. При изучении сетей переменного тока, помимо мгновенной мощности, соответствующей общефизическому определению, вводятся также понятия активной мощности, равной среднему за период значению мгновенной, реактивной мощности, которая соответствует энергии, циркулирующей без диссипации от источника к потребителю и обратно, и полной мощности, вычисляемой как произведение действующих значений тока и напряжения без учёта сдвига фаз. Не должна превышать 9 милливатт;
- быстродействие схемы – это среднестатистическое число операций (кроме операций ввода, вывода и обращения к внешним запоминающим устройствам), выполняемых схемой в единицу времени; один из основных
параметров схемы, характеризующий её производительность.
На схеме должен
присутствовать приёмопередатчик, количество его разрядов должно быть равным
24.
В проектируемом устройстве
нужно предусмотреть следующее:
- пуск в ручном режиме;
- клеммы для подбора для управления формированием чётности каналов;
- подключение 16-разрядного АЛУ;
- управление асинхронным модулем, обеспечивающим взаимосвязь микросхем процессора на базе МПК;
- схему блокировки приёмопередатчика.
Также необходимо предусмотреть
проверочный расчёт нагрузочной
способности.
2 Обоснование
схемы электрической структурной
Устройства, подключаемые к компьютеру, и расположенные внутри
системного блока, называются внутренними,
а снаружи — внешними. Внешние устройства,
предназначенные для ввода, вывода и хранения
данных, также называют периферийными.
В состав системного блока
входят следующие основные (внутренние) устройства:
- Материнская или системная плата - основная плата компьютера, на которой смонтированы электронные блоки, микросхемы, системная шина и разъемы.
- Процессор — основной элемент компьютера, выполняющий все вычисления и обработку информации. При работе компьютера он сильно нагревается, поэтому его необходимо охлаждать. Обычно система охлаждения представляет собой радиатор (пластину из алюминиевого сплава), обдуваемую потоком воздуха от специально предназначенного для этой цели вентилятора ("кулера"). Кулер устанавливается сверху корпуса процессора и полностью закрывает его. От этого и других вентиляторов и происходит шум, которым сопровождается работа компьютера.
- Оперативная память (ОЗУ —оперативно-запоминающее устройство). Модули с микросхемами, которые используются для временного хранения данных и программ при работе компьютера. Оперативная память — самый близкий и быстрый по скорости передачи данных "партнер" процессора. Большую часть времени процессор обменивается данными с оперативной памятью, поэтому ее значение для эффективной работы компьютера нельзя переоценить. Важнейшими характеристиками оперативной памяти являются: ее тип, объем и конструктивное исполнение. Разные типы памяти несовместимы между собой. Если оперативной памяти мало, а запущенная программа большая или проводит много вычислений, то компьютер начинает "тормозить", жесткий диск непрерывно "шуршит", а указатель мыши передвигается по экрану скачками.
- Базовая система ввода/вывода - набор микросхем, расположенных на материнской плате, которые обеспечивают следующие функции: тестирование оборудования после включения питания компьютера, первоначальная загрузка компьютера, управление основными устройствами ввода и вывода информации (например, клавиатура включается сразу, как только подано питание, и с ее помощью можно управлять загрузкой компьютера).
- Накопитель на жестком магнитном диске ("винчестер") - устройство для длительного хранения данных и программ. Своего рода библиотека компьютера, где хранятся все программы и данные. Жесткий диск отличается большой емкостью (сотни и даже тысячи Гбайт). Считывание и запись информации на вращающийся намагничивающийся диск осуществляется с помощью магнитных головок, которые перемещаются вдоль заранее размеченных дорожек.
- Дисковые накопители: дисководы гибких дисков (в последнее время используются мало, так как вытеснены более ёмкими флэш-дисками), дисководы CD-ROM и DVD (см. рис. слева). Они представляют собой устройства для чтения программ и данных, поставляемых на лазерных носителях (компакт-дисках). При наличии в компьютере звуковой карты и специального программного обеспечения могут также воспроизводить музыкальные и видеодиски.
- Видеокарта обеспечивает физическую связь между системным блоком и монитором, а также ряд других функций. "Готовит" изображение для показа на мониторе. Фактически представляет собой специализированный микрокомпьютер! Сложное и дорогое устройство, которое обеспечивает на экране, например 1280х1024 отдельных точек (пикселей) при 16 миллионах цветовых оттенков. Имеет свою ОЗУ и систему охлаждения своего микропроцессора. От качества видеокарты, в частности, зависит воспроизведение фильмов и возможность играть в красочные динамические игры.
- Звуковая плата - внутреннее устройство, предназначенное для обработки звуковой информации и сопряжения с внешними устройствами ввода/вывода звука (микрофоном, наушниками, звуковыми колонками, усилителем, радиоприемником, видеокамерой и др.). В последнее время звуковая карта часто встраивается в материнскую плату.
- Блок питания обеспечивает стабилизированным электрическим напряжением все перечисленные блоки компьютера. Блок питания вместе с главным вентилятором обычно входит в состав корпуса системного блока и поставляется вместе с ним. От мощности блока питания зависит количество модулей оборудования, которые могут быть установлены в компьютерной системе. Некачественные блоки питания могут преждевременно выходить из строя в следствии нестабильности городской электрической сети.
Внешних устройств для
ПК производится очень много: и типов, и моделей. Рассмотрим
некоторые из них, которые могут представлять
интерес в самом начале знакомства с компьютером
(и которые не входят в базовую конфигурацию
компьютера).
- Флэш-диск - это современное, компактное устройство для хранения данных, построенное на основе микросхем полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. В нем нет подвижных частей (как такового вращающегося диска в нем нет, и это слово используется "по традиции"). Допускает "горячее" (т.е. во время работы компьютера) подключение в разъем USB, после чего распознается операционной системой, как жесткий диск. К компьютеру может быть подключено сразу несколько таких дисков. С каждым годом объем памяти флэш-дисков увеличивается.
- Сканер - устройство для ввода в компьютер изображений с бумажных документов (текстов, чертежей, фотографий и т.д.). Наибольшее распространение получили планшетные (плоские) сканеры форматов А4 и А3. Следует подчеркнуть, что отсканированный текстовый документ, как и любой другой, попадает в компьютер в виде графического изображения. Чтобы компьютер "воспринимал" его и позволял обрабатывать как текст (то есть в текстовых редакторах), нужна его обработка в специальной программе распознавания символов.
- Принтер - устройство, подключаемое к компьютеру и предназначенное для печати информации на твердый носитель, обычно на бумагу. Самые распространенные типы принтеров — это струйные, лазерные и матричные.
- Плоттер (или графопостроитель) — устройство для вывода чертежей, схем, рисунков, географических карт на бумагу большого формата. Плоттеры обладают высокой точностью и качеством черчения. Их используют в проектных институтах, конструкторских бюро, научных и учебных учреждениях и т.п. В своем большинстве это дорогие и специальные устройства.
- Сетевая плата позволяет связывать компьютеры друг с другом в компьютерную сеть, а также подключаться к глобальной сети Интернет.
- Для использования в компьютерных играх (так называемых симуляторах) разработаны специальные устройства ввода — манипуляторы: джойстики, геймпады и штурвально-педальные устройства . Устройства этого типа подключаются к специальному разъему, имеющемуся на звуковой плате, или к разъему USB.
- Веб-камеры позволяют вводить изображение пользователя, сидящего за компьютером, и окружающей его обстановки в компьютер. Охранные системы позволяют не только вводить изображения с нескольких камер, но и архивировать их на магнитные ленты или лазерные диски. Можно использовать для переговоров по Интернету в режиме видеотелефона.
- Графические планшеты – устройства, предназначеные для ввода художественной графики. Принцип действия заключается в фиксации перемещения специального пера относительно планшета (тонкой пластины из чувствительного к давлению материала). Устройства удобны для художников и дизайнеров, поскольку позволяют им создавать экранные изображения привычными приемами, наработанными для традиционных инструментов (карандаш, перо, кисть). Никто не будет спорить с тем, что серьезно рисовать перемещением мыши по коврику невозможно. Не верите — попробуйте!
- Устройства речевого ввода и вывода информации.
- Устройство, предназначенное для обмена информацией между удаленными компьютерами по каналам связи (например, по телефонной линии). Цифровые данные, поступающие в модем из компьютера, преобразуются в нем путем модуляции (по амплитуде, частоте, фазе) в соответствии с избранным стандартом (протоколом) и направляются в телефонную линию. Модем-приемник, понимающий данный протокол, осуществляет обратное преобразование (демодуляцию) и пересылает восстановленные цифровые данные в свой компьютер. Таким способом обеспечивается удаленная связь между компьютерами и обмен данными между ними.