الإلكترونيات الرقمية

[riaction]

مشكور جدا
ولكن هل هذه هي الطرق الوحيدة لعمل الذواكر أم أن هناك طرق أسهل وعملية أكبر للذواكر الضخمة؟؟

[Mgh]

لا أريد أحباطك لكن طريقة إستخدام القلابات لعمل الذاكرة ليست هى الطريقة التى تستخدم لعمل الذواكر الكبيرة فى الحاسب . فلذواكر الحاسب طرق تصنيع مختلفة لا تعتمد على وضع مكونات متجاورة ولكن ببنائها داخل الدارات المتكاملة بموادأشباه الموصلات.

أما القلابات فهامة جدا لمصممى الدارات فيمكنك تحويل بيانات تسرى تسلسليا فى مسار معين إلى بيانات متوازية وهذا لن يتم إلا بتخزين البتات التسلسلية حتى يكتمل العدد المطلوب لبتات التوازى.
فهى خزانات مؤقتة لبتات قليلة ولكنها تستخدم كثيرا فى الدارات العادية.

وأحب أن أنبه إلى أن مسجل الإزاحة السابق شرحه هو مسجل (تسلسلى- تسلسلى) وسوف أستعرض قريبا مسجلات إزاحة (تسلسلى-توازى) و (توازى-توازى) وغيرهم .

[Mgh]

الشكل التالى يوضح دارة عامة لجميع مسجلات الإزاحة المحتملة :
1- تسلسلى - تسلسلى
2- تسلسلى - توازى
3- توازى - تسلسلى
4- توازى - توازى

فمثلا لو أخذنا حالة (توازى- تسلسلى) فإننا
1- نضع الدخل على أطراف الدخل المتوازية فتخزن بتات الدخل فى القلابات.
2- نقوم بإزاحة محتويات القلابات إلى الخرج التسلسلى بواسطة نبضات الساعة.

ونستفيد من هذه الحالة فى العديد من المشاريع العملية ومنها :
1- إدخال عدة إشارات متوازية إلى المنفذ التسلسلى للحاسب.
2- عمل ما يعرف بالTDM أو Time devision multiplexing وهى تقنية تستخدم لإرسال عدة إشارات (صوتية مثلا كما بشبكة التليفونات) فى قناة واحدة (لتوفير عدد الكابلات المستخدمة) ثم إعداة فصلهم بعد الإستقبال (ويتم هذا الفصل بمسجل الإزاحة تسلسلى- توازى).

<< قم بحفظ الصورة منفردة (أنقر باليمين عليها ثم أختر Save picture as ) لرؤيتها بشكل أفضل>>

[Electronic boy!]

ماشاء الله ...
أشكرك لإكمال السلسلة ،،، وسأعود قريباً '>

[Mgh]

ستخدام آخر للقلابات هو العدادات الثنائية . وهذه العدادات تستخدم لملاحظة عدد مرات حدوث حدث معين (مثلا تسجيل عدد السيارات التى تمر فى شارع معين أو عدد الثوانى التى أستغرقها عداء لقطع مسافة السباق).
فى الشكل المرفق نرى المخطط الصندوقى لعداد ذو 4 بت . وهذا العداد يمكنه أن يعد من 0 (0000) إلى 15 (1111) بتغيير الخرج تبعا للدخل (إشارة التوقيت)

((سأقوم بشرح الدارة المفصلة قريبا))

[Mgh]

الدارات الرقمية المتكاملة Digital ICs
تتشكل الدارات الرقمية عادة على هيئة دارات متكاملة والدارات المتكاملة عبارة عن بلورة من مادة السليكون الشبه موصل Simiconductor على شكل شريحة Chip مدمج فيها المكونات المختلفة للدارة الإلكترونية مثل الترانزستور والثنائيات Diodes والمقاومات والمكثفات ويتم عمل التوصيلات بين المكونات المختلفة فى الشريحة لتشكيل الدارة الإلكترونية . وتثبت الشريحة وتغلف على شكل حزمة Package بحيث يتم توصيل أطراف الدارة بدبابيس خارجية External Pins لتشكيل الدارة المتكاملة.

والشائع فى حزم الدوائر المتكاملة الرقمية أن تكون على أحد شكلين :
1- حزم مسطحة Flat Package وتكون كثافة المكونات بها عالية ويتم تغليفها من مادة السيراميك (أى الحزمة) حتى يمكن أن تتحمل درجات الحرارة العالية ولذلك يفضل استخدامها فى المنظومات الحربية ذات الإعتمادية العالية.
2- حزم الصفين DIP حيث تكون الأطراف الخارجية Pins مرتبة على هيئة صفين وهذا النوع من الحزم هو الأكثر شيوعا وهى متاحة بأحجام مختلفة تبدأ بثمانية أطراف وحتى 64 طرف وهى مغلفة فى حزمة من مادة البيلاستيك.

[Mgh]

ويمكن تصنيف الدارات الرقمية وفقا لوظائفها إلى ثلاثة أصناف هى :
1- دارات متكاملة صغيرة الأبعاد SSI حيث يمكن أن تضم الدارات المتكاملة لبوابات منطقية مثل بوابات OR أو AND أو ...
2- دارات متكاملة متوسطة الأبعاد MSI وهى تتشكل من بوابات مختلفة ومتعددة متصلة مع بعضها البعض لتشكل دارات وظيفية مركبة مثل دارات فك الشفرة Decoder أو منتقى البيانات Multiplexer
3- دارات متكاملة كبيرة الأبعاد LSI أو فائقة الأبعاد VLSI حيث تضم أعدادا كبيرة من البوابات لتشكل منظومة مركبة مثل منظومة معالج دقيق Microprocessor .

ويمكن تصنيف الدارات المنطقية المتكاملة تبعا لعائلة الدارات المنطقية التى تنتمى لها مثل :
1- عائلة منطق الترانزستور TTL وهى العائلة الأكثر شعبية وأكثر أستعمالا
2- عائلة منطق المشعات المتصلة وهى المستخدمة فى المنظومات الرقمية التى تحتاج للعمل بسرعات عالية.
3- عائلة منطق أشباه موصلات أكاسيد المعادن MOS وهى المستخدمة فى الدارات التى تتطلب كثافة تكامل عالية للمكونات .
4- عائلة المنطق النفاث المتكامل I2L وتستخدم لبناء دارات ذات كثافة تكامل عالية.
5- عائلة منطق أكاسيد المعادن المكملة COMS وتستخدم فى التطبيقات التى تتطلب القليل من الطاقة المستهلكة فى التشغيل .

تتميز عائلات البوابات المنطقية السابقة الذكر ببعض الخصائص ومنها :
1- خاصية التحميل Fan Out
وهى الخاصية التى تحدد عدد البوابات التى يمكن وصلها إلى خرج بوابة ما لتظل الدارة فى العمل على نحو طبيعى . ويعتمد هذا العدد على كمية التيار الذى يمكن سحبه من البوابة المرغوب وصل الدارة الأخرى بخرجها.

[Mgh]

2- خاصية الفقد فى الطاقة Power Dissipation
يعتبر الفقد فى الطاقة خاصية أخرى مهمة بالنسبة للدارات المنطقية الرقمية . إذ أنها تعتبر مقياسا لمقدار القدرة المستهلكة بواسطة مكونات بوابة منطقية . ويعرف الفقد فى الطاقة بأنه عبارة عن الطاقة المطلوبة لتغذية بوابة ما أثناء العمل ويعبر عنها عادة بالملى وات.
ولا شك أن توفير الطاقة له أهمية كبيرة حيث أن تكلفة تشغيل المنظومة الرقمية له أعتبارات خاصة بالنسبة للمنظومات الرقمية الكبيرة مثل منظومات الحاسبات لان الفقد الكبير فى الطاقة يعنى مستويات أعلى من التسخين وهذا يتطلب معدات خاصة للتبريد حتى يعمل النظام بكفاءة وأيضا فإن الفقد فى الطاقة يكون مهما فى الأجهزة التى تعتمد على البطاريات فى تغذيتها.
والطاقة المفقودة فى البوابات المنطقية تتراوح بين قيم فى حدود الميكرووات لبعض النوعيات من بوابات عائلة MOS إلى قيم تصل إلى 60 و 100 ملى وات لبعض النوعيات الأخرى من البوابات.

3- خاصية تأخير الإنتقال Propagation Delay
يعرف تأخير الإنتقال بأنه متوسط مقدار الزمن الذى يأخذه خرج الدارة الرقمية لكى يستجيب للتغير فى قيمة الإشارة الثنائية المسلطة على الدخل
ويعتبر زمن تأخير الإنتقال مقياسا لسرعة وأداء الدارة المنطقية وهو عادة يكون فى مستوى النانو ثانية فى البوابة الواحدة . ويكون التأخير تراكمى كلما كان عدد البوابات المتصلة فى الدارة المنطقية كبيرا وقد يحدث هذا خللا فى المنظومة لو لم يؤخذ فى الإعتبار حيث أنه يجب أن لا يسلط دخل جديد على الدارة المنطقية حتى يتم خروج الخرج .

4- حدود الشوشرة Noise Margin
تعتبر حدود الشوشرة مقياسا لحساسية أو قابلية الدارات الرقمية للتأثر بنبضات شوشرة عند مداخلها ومخارجها . والشوشرة عبارة عن أية إشارة دخيلة وغير مرغوب فيها تتولد بالمعدة داخليا أو خارجيا بحيث تظهر مضافة أو مقحمة على مستويات الإشارة المنطقية القياسية للمنظومة.
ولكن الدارات المنطقية لها مناعة ذاتية ضد الشوشرة ويرجع ذلك إلى عملها على مستويين متباعدين من الجهود أى أن جهد الشوشرة الذى يحدث عند القيم (0) لن يغير القيمة إلى (1) بسهولة والعكس صحيح .


إختصارات
VLSI=Very Large Scale Integrated circuits
TTL=Transistor transistor Logic
ECL=Emitter Coupled Logic
MOS=Metal Oxide Simiconductor
I2L=Integrated Injected Logic
CMOS=Complementary MOS

[multiworkson]

اقتباس

ولكن الدارات المنطقية لها مناعة ذاتية ضد الشوشرة ويرجع ذلك إلى عملها على مستويين متباعدين من الجهود أى أن جهد الشوشرة الذى يحدث عند القيم (0) لن يغير القيمة إلى (1) بسهولة والعكس صحيح

و لكن ألا تستطيع الشوشرة أن تصل مثلا إلى مستوى معين يغطي على قيمة (0) أو (1) و يغير النتيجة المقروءة عند مدخل أو مخرج الدارة الرقمية ؟
إذا هذا صحيحا فكيف يتم التعامل مع الأمر ؟
و شكرا

[Mgh]

فى الشكل المرفق نرى إشارة رقمية يعبر فيها عن الحالتين (0) و (1) بقيم الجهود (0فولت) و (5 فولت) على الترتيب.

[Mgh]

فى الشكل المرفق نرى إشارة شوشرة (ضوضاء) Noise وغالبا ما يكون أعلى جهد فيها فى الحدود ما بين الميكروفولت والمللى فولت حيث أن هذه الشوشرة غالبا ما تكون منتقلة فى صورة موجات كهرومغناطيسية فى الهواء .

[Mgh]

فى الشكل المرفق نجد الإشارة الرقمية وقد تأثرت بإشارة الضوضاء . ونجد أنه من السهل إستنتاج الإشارة الأصلية من الإشارة المشوشرة باتباع المنطق القائل (إذا كانت القيمة أكبر من 2.5 فولت تكون القيمة المنطقية = (1) وإلا تكون القيمة المنطقية =(0) ) - ونستطيع إعادة بناء إشارة منطقية مشابهة تماما للإشارة الأصلية وخالية من الضوضاء.
وبالطبع سنفشل فى إستنتاج الإشارة الأصلية هنا لو كان أعلى جهد فى الشوشرة أكبر من 2.5 فولت مما يجعل الحالة (0) تصبح (1) أو العكس .
ورغم أن حدوث هذا الأمر صعب جدا إلا فى البيئات شديدة العدائية فيمكننا لتفادى ذلك أن نباعد بين قيمتى الجهدين الممثلين للمستويين المنطقيين (0) و (1) بأن نجعلهما مثلا -10 فولت و +10 فولت على الترتيب وبذلك ستحتاج الشوشرة أن تكون سعتها أكبر من 10 فولت لتغير من الإشارة.

[Mgh]

العائلات المنطقية
http://olom.info/ib3....0;r=1;&

[ikhlas]

أريد دروسا لا كلاما'>

[المهندس القادم]

الرجاء يااخوانى اعطائى نبذة عن وظيفة ال I.C فى الدائرة الرقمية