За любознателните - "Основи на основите на ((основите)/4) на изчислителната техника"
Тази тема ще е полезна за хората, които нямат технически знанят, но искат да знаят как работят машините на които програмират. В нея ще направя опит да изясня малко нещата за тези, които се интересуват защо нещата стоят по начина, по който се преподават, а не по друг. Темата не е съгласувана с лекциите на д-р Наков, но ще вземам примери от тях, за да се направи връзка между обясненията тук и преподаваното на лекции. Ще говоря основно за принципи.
Заглавието е написано така, защото тук ще се дават принципи от техниката, теории и примери, които са много малка част от много по-големи и мащабни науки. Представяйте си информацията тук като информацията от кориците на отделни книги - заглавие и за какво се говори в книгата. Казвам това, защото сред четящите ще има хора, които са запознати с материята и биха ме критикували защо дадено нещо съм го казал по определен начин, когато в книгите то е разтеглено по друг. Това не бива да ви спира да коментирате и питате за доизясняване на нещо, което ви е интересно и искате да знаете повече, както и за неща, които може би съм омазал. Ще се опитвам да давам и линкове към източници, от които да прочетете повече.
За какво ще говоря? Като цяло ще се опитам да вмъкна част от знанията ви по физика, химия, математика и технически науки, да ги обединя и задълбоча в това, което се нарича днес изчислителна техника, компютърни и софтуерни науки. Изложението ще бъде максимално опростено, но достатъчно, за да се изяснят основните принципи.
В първа точка ще вмъкна физичните основи на електрониката и някои прости схеми, за изясняване на елементната база. Във втора точка ще се говори за цифрова електроника и програмиране.
1.1. Елементи на електрониката и кратки пояснения за тях.
1.2. Примери за електрически схеми и как работят. Видове електроника.
2. Втора точка - цифрова електроника.
2.1. Логически нива и представяне на транзистора като ключ.
2.2. Комбинационни и последователностни логически елементи.
2.3. Представяне на основната схема на инвертор изградена със CMOS технология. Пояснения.
2.4. Как изглежда една интегрална схема при проектирането й. Пример с DAC.
2.5. Как работят процесорите. Кратко пояснение с Intel 8086.
2.6. Конвеиризиране на инструкциите - пример с PIC microcontroller. Памети.
2.7. Бройни системи - десетична, двоична, шестнадесетична. Принципи и преобразувания.
2.8. Приложение на двоичната бройна система в компютърните мрежи.
2.9.
...продължение_1. Елементи на електрониката.
На картинката горе освен описаните вече елементи резистор, кондензатор и индуктивна бобина (Inductor), са изобразени и означенията за източник на посточнно напрежение (DC voltage source), който може да е батерия, изправител или друг постояннотоков източник, и източник на променливово напрежение (AC voltage source), който може да е напрежението от електрическата централа, напрежението на електрическата мрежа (контактите вкъщи), или от устройства наречени инвертори (променливотокови са и електрическите трансформатори - устройства изменящи напрежение с едни поазатели в напрежение с други показатели). Елементите вдясно са хардуерната имплементация на логическите оператори, взети в третата лекция на д-р Наков. За тях предстои да говорим, но първо да изясним, кои са другите елементи на електрониката, които всъщност са необходими за изграждането на захранвания, логически елементи, процесори, компютри, та чак до програмирането, което учим.
...продължение_2. Елементи на електрониката.
Следващият елемент от електрониката е от групата на полупроводниците, казва се полупроводников диод (означението му е дадено, горе вляво на картинката). Този елемент има свойството да пропуска тока само в едната посока, а в другата го спира. Ако гледате символа на елемента, тока протича от ляво надясно (може да си представите, че вертикалната черта представлява бариера, която пречи на тока да протече от дясно наляво). Той се характеризира с напрежение на отпушване = 0.7V, обратно напрежение на пробив, статично и динамично съпротивление. Означава се с D. Точно какъв е принципа на работа на полупроводниковият диод и на полупроводниковите елементи, не е тема за програмисти, но на който му е интересно нека погледне този линк или да потърси в нета.
Все пак в името на яснотата ще каже, полупроводниците са два основни типа - чисти и примесни. В електрониката се използват примесните, като те се разделят на N-тип и P-тип. В N-типът основните токоносители са електроните, те се движат от отрицателен към положителен полюс, а в P-типа са дупките (това е абстракция, която показва липса на електрон в ковалентната връзка между два атома), които се движат от положителния към отрицателния полюс. При съединяването на двата типа полупроводници, се получава PN преход, който проявява изправителните свойства. Ще кажа повече като обясня за процеса на правене на логически елементи и цифрови схеми, с полупроводниковите транзистори.
Полупроводниковият диод има различни разновидности, от изправителни диоди, през стабилитрони до светодиоди (те не изпрвят, а само светят). Изправителният диод се използва в детектори, изправители, в импулсни захранвания, в защити на електронна апаратура и много други. Светодиодът е елемент който всички познават (например, погледнете си индикацията за батерия и натоварване на харддиска на вашия лаптоп).
...продължава...
...продължение_3. Елементи на електрониката. Транзисторът.
Полупроводников транзистор (преобразувател на съпротивление). Транзисторите се делят на биполярни (имат двата вида токоносители, като преобладават или дупките-PNP, или електроните-NPN) и униполярни (един вид токоносители- електрони N-канал, дупки P-канал).
Биполярните транзистори се произвеждат във вид на дискретни (самостоятелни) елементи, и се използват като усилватели на сигнали и по рядко, като ключове. При тях се използва свойството на транзисторите да усилват сигнала. Биполярният транзистор има три крачета, наречени емитер (помпа електрони), база (регулира потока на електроните), колектор (събира електроните).
На схемата са показани и аналогии с диоди, но реално транзистори НЕмогат да се получат чрез свързването на диоди! Стрелкичката в символа на транзистора показва посоката на тока.
По интересни за нас са униполярните транзистори. Те също се произвеждат в дискретно изпълнение и могат да се ползват като усилватели, но основното им приложение, е като полупроводникови ключове.
Означението MOS - означава Metal-Oxid-Semiconductor. N-MOS означава MOS транзистор с N канал, а P-MOS - MOS транзистор с P канал.
...продължава...