Код. Тайный язык информатики

Напряжение на выходе вентиля ТТЛ, составляющее около 0,2 вольта, обычно соответствует логическому нулю, а 3,4 вольта — логической единице. Поскольку эти значения могут несколько отклоняться, то, говоря о входах и выходах интегральных схем, иногда вместо 0 и 1 люди используют такие понятия, как низкий и высокий уровень сигнала. Более того, низкое напряжение может означать логическую единицу, а высокое — логический ноль. Такая конфигурация характеризуется отрицательной логикой. В названии «счетверенная двухвходовая положительная схема И-НЕ» слово «положительная» означает схему с положительной логикой.

Значения напряжения на выходе вентиля ТТЛ 0,2 вольта (логический ноль) и 3,4 вольта (логическая единица) находятся в допустимых пределах — от 0 до 0,8 для логического нуля и от двух до пяти вольт для логической единицы. Таким образом микросхемы ТТЛ изолируются от шумов. Единичный выходной сигнал может уменьшиться примерно на 1,4 вольта, но по-прежнему останется достаточно высоким, чтобы его можно было квалифицировать в качестве входного единичного сигнала. Нулевой выходной сигнал может увеличиться на 0,6 вольта, но останется достаточно низким, чтобы категоризировать входной нулевой сигнал.

Вероятно, самым важным параметром конкретной интегральной схемы является время установки. Это время, необходимое для того, чтобы изменение входного сигнала привело к изменению выходного.

Время установки микросхем обычно измеряется в наносекундах. Наносекунда — очень короткий промежуток времени. Одна тысячная часть секунды — это миллисекунда. Миллионная часть секунды — микросекунда. Наносекунда — это одна миллиардная часть секунды. Время установки для вентилей И-НЕ в микросхеме 7400 гарантированно составляет менее 22 наносекунд. Это 0,000000022 секунды, или 22 миллиардные доли секунды.

Если вам сложно представить такой маленький промежуток времени, вы не одиноки. Мы можем охватить его лишь мыслью. Наносекунды намного короче всего, что доступно человеческому опыту, поэтому они навсегда останутся за пределами нашего понимания. Каждое объяснение лишь делает наносекунду более непостижимой. Например, я могу сказать, что если вы держите эту книгу на расстоянии 30 сантиметров от лица, то наносекунда — это время, за которое свет преодолевает расстояние от страницы до вашего глаза. Однако стали ли вы от этого лучше понимать, что такое наносекунда?

Тем не менее именно благодаря таким коротким промежуткам времени, как наносекунда, возможно существование компьютеров. Как вы видели в главе 17, компьютерный процессор выполняет очень простые действия: перемещает байт из памяти в регистр, складывает с другим байтом и возвращает результат обратно в память. Единственная причина, по которой результат работы компьютера — нечто существенное (в данном случае речь идет о реальном компьютере, а не о том, который описывался в главе 17), заключается в том, что эти операции происходят очень быстро. Как сказал Роберт Нойс: «Если примириться с понятием наносекунды, то компьютерные операции концептуально довольно просты».

Давайте продолжим изучение справочника по микросхемам ТТЛ. В этой книге вы увидите много уже знакомых компонентов. Микросхема 7402 содержит четыре двухвходовых вентиля ИЛИ-НЕ, микросхема 7404 — шесть инверторов, микросхема 7408 — четыре двухвходовых вентиля И, микросхема 7432 — четыре двухвходовых вентиля ИЛИ, а микросхема 7430 — восьмивходовый вентиль И-НЕ.

Аббревиатура NC означает no connection — «не подключено».

Микросхема 7474 тоже может показаться знакомой. Это сдвоенный D-триггер со сбросом и предустановкой, срабатывающий по фронту, схема которого выглядит следующим образом.

В справочник по микросхемам ТТЛ включена логическая схема для каждого из триггеров.

Эта схема может показаться похожей на схему, приведенную в конце главы 14, за исключением того, что я использовал вентили ИЛИ-НЕ. Приведенная в справочнике по микросхемам ТТЛ таблица логики также немного отличается.

В этой таблице H означает высокий (high), а L — низкий (low) уровень сигнала. Если хотите, можете считать эти обозначения единицей и нулем. В моем триггере входы «Сброс» и «Установка» обычно равны 0; в данном случае они обычно равны 1.

Далее в справочнике по микросхемам ТТЛ вы обнаружите, что микросхема 7483 — это 4-битный двоичный полный сумматор, микросхема 74151 — селектор с восемью входами и одним выходом, 74154 — дешифратор с четырьмя входами и 16 выходами, 74161 — синхронный 4-разрядный двоичный счетчик, 74175 — счетверенный D-триггер со сбросом. Вы можете использовать две из перечисленных микросхем для создания 8-битной защелки.

Итак, теперь вы знаете, откуда взялись различные компоненты, которые я использовал в главе 11, — из справочника по микросхемам ТТЛ.