Osnovy_mikroelektroniki_Koroleva_L_V__Petrova_E_B_2016

Формат документа: pdf
Размер документа: 3.93 Мб




Прямая ссылка будет доступна
примерно через: 45 сек.



  • Сообщить о нарушении / Abuse
    Все документы на сайте взяты из открытых источников, которые размещаются пользователями. Приносим свои глубочайшие извинения, если Ваш документ был опубликован без Вашего на то согласия.

Л.В. К ОРОЛЕВА , Е.Б. П ЕТРОВА











ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ



У чебное пособие






МоскZ
2016

2
УДК 372.8
ББК 22.12
К 68

КоролеZE<I_ljhа Е.Б.
Основы микроэлектроники : учебное пособие для студентов педагогичес -
ких вузов . – М.: Карпо?< 2016 . – 152 с.


Данное учебное пособие рассчитано на студенто педагогических
mah. УчитыZy специфику подготоdb и задачи будущих педагого в
книге сущест_gghjZkrbj_gujZa^_euihkященные истории развития
ЭВМ и осноZfaZibkbbgnhjfZpbbgZjZaebqguo носителях, lhfqb с-
ле и тех, которые находятся klZ^bbbkke_^hания и разработки. Также
сделан акцент на возможные практические аспекты применения основ
математической логики: предстаe_gu некоторые лабораторные работы
и практические задания, которые мо гут быть uiheg_gu учащимися
школ.
Книга может быть интересна преподавателям, студентам, а также
учителям информатики.



Рецензенты:

доктор педагогических наук М .Л. СубочеZ
(зав . кафедр ой технологии и профессионального обучения , пр офе ссор,
И Ф ТИС МПГУ)

доктор физико -математических наук, доцент Г.М . ЧулкоZ
(профессор, ИФТИС МПГУ)






ISBN 978 -5-9598 -0178 -6 © КоролеZE<I_ljhа Е.Б. , 2016 =
=

3
Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ ................................ ................................ ................................ .................... 3
Предислоb_ ................................ ................................ ................................ ......... 5
ГЛАВА I. ИЗ ИСТОРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИ КИ ................................ ......... 6
В_^_gb_ ................................ ................................ ................................ ............... 6
§ 1. Домеханический этап ................................ ................................ ................... 7
§ 2. Механический этап ................................ ................................ ..................... 10
2.1. Перu_f_oZgbq_kdb_kq_lgu_ijb[hju ................................ ............. 10
2.2. Перu_ZgZeblbq_kdb_fZrbgu ................................ ............................ 15
§ 3. Электронные uqbkebl_evgu_fZrbgu ................................ .................. 21
3.1. Периодизация разblbyW<F ................................ ................................ 21
3.2. Электронное машиностроение Jhkkbb ................................ .............. 30
3.3. Аналогоu_bpbnjhые uqbkebl_evgu_fZrbgu ........................... 36
ГЛАВА 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ ................................ ................................ .... 38
§ 4. Элементы алгебры логики ................................ ................................ ......... 38
4.1. Осноgu_hi_jZpbb;me_ой алгебры ................................ .................. 38
4.2. ТождестZHkghные законы и соотношения БулеhcZe]_[ju ....... 44
4.3. Состаe_gb_eh]bq_kdhcnmgdpbbihlZ[ebp_bklbggh сти ............... 52
§ 5. Минимизация логических функций ................................ ......................... 54
5.1. Аналитический метод ................................ ................................ ............ 54
5.2. Графический метод  карты Карно (1953) ................................ ........... 56
ГЛАВА 3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙ СТВ ................................ ... 63
§ 7. Арифметические устройстZ ................................ ................................ ..... 63
7.1. Сумматоры ................................ ................................ .............................. 63
7.2. Вычитател и ................................ ................................ ............................. 68
§ 8. Узлы цифроhcwe_dljhgbdb ................................ ................................ ..... 71
8.1. Шифратор ................................ ................................ ................................ 71
8.2. Дешифратор ................................ ................................ ............................ 72
8.3. Мультип лексор ................................ ................................ ....................... 74
8.4. Демультиплексор ................................ ................................ .................... 77
§ 9. Элементы последовательной логики. Триггеры ................................ ...... 80
9.1. Триггеры с раздельным запуском ( RS −триггеры) .............................. 80
9.2. Триггер с приемом информации по одному oh^m 'ljb]]_j) ....... 83
9.3. Триггер со счетным oh^hf i -триггер) ................................ .............. 84
§ 10. Сч етчики ................................ ................................ ................................ .... 85
§ 11. Регистры ................................ ................................ ................................ .... 87
ГЛАВА 4. ПАМЯТЬ ЭВМ. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЗАПИСИ И ХРАНЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ ................................ ................................ ................................ ................ 88
§ 12. Память ЭВМ ................................ ................................ .............................. 88
12.1. Функции памяти ................................ ................................ ................... 89
12.2. Характеристики запоминающих устройств ................................ ....... 90
12.3. Запоминающие среды ................................ ................................ .......... 90
12.4. Перфокарты и перфоленты ................................ ................................ .. 93
§ 13. Запись информации на магнитных носителях ................................ ....... 94
13.1. Запись информации на магнитной пленке ................................ ......... 96
13.2. Запись информации на ферритоuodhevpZobfZ]gblghcfZljbp_ 97
13.3. Нанокольца и наностержни для магнитной записи ........................ 100
§ 14. Оптическая память ................................ ................................ ................. 101
14.1. Голография ................................ ................................ .......................... 102
14.2. Оптические диски ................................ ................................ ............... 103

4
§ 15. С_joijhодящая память (криогенная память) ................................ ... 108
15.1. С_joijhодимость и ее сhcklа ................................ .................... 108
15.2. Принцип записи информации на с_joijhодниках ...................... 110
15.3. Криотрон ................................ ................................ .............................. 11 0
15.4. Элемент памяти Кроу ................................ ................................ ......... 112
15 .5. Сраgbl_evgZyoZjZdl_jbklbdZjZaebqguoghkbl_e_cbgnhjfZpbb
................................ ................................ ................................ ............... 116
§ 16. Другие типы памяти ................................ ................................ ............... 117
16.1. Оксидная память ................................ ................................ ................. 117
16.2. Память на кZjp_ом стекле ................................ .............................. 117
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СИСТЕМ Ы СЧИСЛЕНИЯ ................................ ............................. 119
КодироZgb_bgnhjfZpbb ................................ ................................ .......... 119
Позиционная и непозиционная системы сч исления ................................ 119
Египетская система ................................ ................................ ...................... 120
Система индейцеFZcy ................................ ................................ .............. 121
Латинс кая (римская) система ................................ ................................ ..... 121
Переh^qbk_ebah^ghckbkl_fukqbke_gby другую ............................ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЛАБОРА ТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ................................ ............... 125
Лабораторная работа № 1 ................................ ................................ ............... 125
Лабо раторная работа № 2 ................................ ................................ ............... 130
Лабораторная работа № 3 ................................ ................................ ............... 132
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. МАТЕРИ АЛЫ ПО ОРГАНИЗАЦИИ З АНЯТИЙ ........................ 134
Рабочая программа дисциплины «Осноufbdjhwe_dljhgbdb» ................ 134
Рабочий план ................................ ................................ ................................ 134
План семинарских занятий ................................ ................................ ............. 135
Задачи для подготоdbddhgljhevghcjZ[hl_ ................................ .............. 136
Список лабораторных работ ................................ ................................ ........... 137
Примерная тематика рефератов ................................ ................................ ..... 138
Рекомендуемая литература ................................ ................................ ............. 139
ОсноgZy ................................ ................................ ................................ ....... 139
Дополнительная ................................ ................................ ........................... 139
Литература для работы над темами рефератов ................................ ......... 139
Ретро литература ................................ ................................ .......................... 141
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ЛАБОРА ТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ
ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ ................................ ................................ ....... 142
Лабораторная работа № 1 ................................ ................................ ........... 142
Лабораторная работа № 2 ................................ ................................ ........... 143
Лабо раторная работа № 3 ................................ ................................ ........... 144
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. МЕТОДИ ЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
КУРСА ПО ВЫБОРУ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ ОСНОВНОЙ ШК ОЛЫ ............................ 147
Курс по u[hjm^eymqZsbokyhkghной школы «Системы счисления.
Двоичная система счисления и ЭВМ» ................................ .............. 147
Тематическое планирование курса по u[hjm^eyhkghной школы ..... 147
Программа курса по u[hjm ................................ ................................ ....... 148
В_^_gb_ ................................ ................................ ................................ ....... 148
История разblbyычислительной техники ................................ ............. 148
Системы счисления. Двоичная система счисления ................................ .. 148
Список лабораторных работ ................................ ................................ ....... 149
Примерные темы рефератиguojZ[hl ................................ ...................... 149

5
Пред ислоb_
Пособие посвящено рассмотрению практического применения р я-
да вопросоfZl_fZlbq_kdhceh]bdb.
Книга имеет следующую структуру. ПерZy его часть посys_gZ
изложе нию hijhkh истории развития uqbkebl_evghc технике, кот о-
рые могут быть полезны студентам педагогического maZ Во lhjhcq а-
сти рассмотрены основные hijhku булеhc алгебры и показаны при н-
ципы практической реализации логических функций при построении
конкретных устройств. Третья часть знакомит читателей с физическими
осноZfbiZfylbW<F.
Аlhju пособия стаbeb своей целью объед инить  нем k_ мат е-
риалы, необходимые для занятий. Поэтому кроме гла посys_gguo
рассмотрению теоретических вопросоa^_kv же предстаe_guhibkZgb я
лабораторных работ, задания для подготовки к контрольной работе, т е-
мы рефератоbkibkhdebl_jZlmjug_h бходимой для работы над ними.
Помимо основного текста аlhju сочли необходимым поместить
некоторые материа лы, которые могут быть полезны для учителей и н-
форматики. Это описание учебного оборудоZgby и методические рек о-
мендации к нему.
Учебное пособие может быть интересно преподаZl_eyf вуза,
учителям и студентам.

6
Глава I. Из истории uqbkebl_evghcl_ogbdb
В_^_gb_
Любой чело_d пользуясь сhbfb органами чуkl\ (зрение м, сл у-
хом и т.п.), постоянно получает с_^_gbyh[hdjm`Zxs_f_]hfbj_Wlb
с_^_gby прин ято назыZlv информацией. Информация может иметь
различную природу. Это могут быть звуки, образы, запахи и многое др у-
гое. Наше представление об исследуемом объекте тем полнее, чем более
разнообразную информацию мы о нем получаем. Таким образом, и н-
формация это Z`gh_ihgylb_dhlhjh_oZjZdl_jbam_lkZfu_jZagu_kl о-
роны нашей жи зни. Все сказанное ur_hlghkbehkvd[ulhому hkij и-
ятию информации, но быZxl ситуации, когда ее необходимо измерить
и оценить достаточно точно.
Рассмотрение информации в научном смыс ле позволяет измер ить и
объективно оцен ить ее , рукоh^klуясь подход ом предложен ным осн о-
hiheh`gbdhfl_hjbb информации Клодом Элm^hfR_gghghf .
Естест_ggh при количест_gghf измерении той или иной _ebq и-
ны hagbdZ_l hijhk о единицах ее измерения. Так, е диницей колич е-
стZ информации принято считать такое ее количество, которое умен ь-
шает неопределенность знания о предмете  дZ раза. Эта единица
названа битом . Сущестm_l пра^Zb другая единица измерения, наз ы-
Z_fZy дитом (это количестh которое уменьша ет неопределенность
зна ния о предмете в десять раза ), но она практически не используется.
Как было сказано выше, чело_dihklhygghоспринимает огромное
количество информации, и с течением j_f_gb были придуманы ра з-
личные способы ее обработки: сначала речь шла только о цифрах и сч е-
те, а затем и о сортировке _j[ZevghcbgnhjfZpbb bgZq_]hоря, слов и
предложений). Однако со_jr_gkl\hание таких устройст, к сожал е-
нию, не уменьшает информационного потока, а, напротив, приводит к
его ро сту. Однажды ступи на этот путь, чело_q_kl\h попало  со б-
ст_ggmxehушку . В настоящее время для более эффективной работы с
информацией используется компьютер, основные узлы которого пост о-
янно совершенстmxlky поэтому  предлагаемой книге будут рассмо т-
рены лишь общие принципы их создания.
В развитии вычислительной техники принято u^_eylv три осно -
ных этапа: домеханический, механический и электронн ый.

7
§ 1. Домеханический этап
Считать или uqbkeylv можно различными способами: устно,
письменно или с помощью дополнительных устройст Пер воначально
устройстZ ми для счета, используемыми чело_d ом, служили наиболее
доступные предметы. У разных народо предметы и приемы счета ок а-
зыZe ись более или менее одинако ufb , а приспособления, использу е-
мые для этого , определялись природными услоbyfb жизни людей .
СредстZ для счета k_ j_fy со_jr_gklоZebkv так как объемы сч и-
таемого росли. Менее удобные инструменты постепенно u ходили из
упо требления, остаZebkv лишь наиболее перспективные. В итоге к с е-
редине XX _dZ было получено устройстh[_adhlhjh]h жизнь кажется
нам теперь просто неhafh`ghcJ_qvb^_ljZamf__lkyhdhfivxl_j_.
Но для начала обратимся к истории .
Наиболее доступными ус тройстZfb счета, естественно, были те,
что даны каждому из нас от природы: руки и ноги. Именно они и стали
первыми счетными устройстZfb.
Принцип ы счета на пальцах были описаны еще  средне_dh\hc
Еjhi_bjeZg^kdbf монахом Б éдой Досто почтенным (673 –735 г г.). Они
были не так уж и примитиgu и позволяли оперироZlv с числами
iehlv^hfbeebhgZZ]eZное lhремя были заложены системы счи с-
ления, которыми мы пользуемся до сих пор: пятеричная, десятеричная,
дZ^pZl_jbqgZy. Кстати сказать, именно анатомические особенности
строения рук обуслоbeb выбор чело_dhf соответствующих систем
счисления.
Хорошо известен и еще один способ счета  с помощью зарубок на
дереygguo палочках, известен он был еще со j_f_g фараоно и пр о-
суще стhал :g]ebb\iehlv^h XVII века (kihfgbfJh[bgahgZDjmah
он тоже был вынужден пользоZlvkywlbfkihkh[hf .
В странах , где лес отсутствоZe для счета использоZeb камешки,
бусинки, _j_ки с узелками (Китай, Индия) и т.п.
С у_ebq_gb_f объемо считаем ого пришлось искать способ
уменьшения количестZ перекладыZ_fuo предмето Для удобстZ м а-
нипуляций с ними требоZeZ сь их иная организ ация .
В Дреg_c Греции для облегчения вычислений стали применя ть
счет ную доску  абак . Здесь aZbfgh_iheh`_gb_ к амешко определяло
конкретное число.

8
В Древнем Риме такая доска назыZeky calculi и изготоeyeZkv из
бронзы, камня, слоновой кости и ц_lgh]h стекла. Впоследстbb это
слоh трансформироZehkv и используется нами до сих пор для обозн а-
чения счетных устройств  «калькулятор».
Китайцы заменили камешки бусинками, нанизанными на прутики,
проhehdm или _j_ки. Китайская разновидность абака – суаньпань
(VI   а  Японии это устройство назыZehkv со робан (XVI –XVI .).
При раскопках дреg_]h города инков также было найдено устройство
счета, которое назыZehkv юпана и отличалось от k_]h перечисленного
ur_ тем, что позволяло перемещать некие предметы  трех измерен и-
ях. Точного принципа счета на ней пока устаноblv не удалось, но есть
предположение, ч то для счета использоZebqbkeZNb[hgZqqb

Рис. 1 . Юпана
В России также был придуман инструмент для вычислений  ру с-
ские счеты. Стоит заметить, что они были наиболее удобными из k_o
перечисленных ur_ Их изобретение относят примерно к середине
XVII _dZ . Они имели сначала четыре, а затем дZ счетных поля и были
уни_jkZevguf счетным прибором. Десятичная позиционная система
счисления еще только начинала распространяться  России, и практич е-
ски k_ вычисления производились на счетах. Не следует думать, что
счеты использоZeb только  России. Аналогичное счетное устройство
было, например, :g]ebb]^_ghkbehbfykq_luObeeZ.

9

Рис. 2. Использование счетов
Огромный шаг в разblbbычислительной техники произошел бл а-
годаря изобретению логарифмов (XVII . ). Вот что по этому поh^m п и-
сал известный ученый И. Кеплер профессору математики В. Шиккарду:
«… некий шотландский барон uklmibe с блестящим достижением: он
каждую задачу на умножение и деление преjZsZ_l чистое сложение
и uqblZgb_ …»
Имя этого шотландского барона  Джон Непер, который  1614 г.
опубликоZe свою работу «Описание удиbl_evguo таблиц логари ф-
мо Им же были предложены счеты  b^_ набора из дереygguo
бруско на которых была размещена таблица умножения. С их пом о-
щью было можно выполнять k_Zjbnf_lbq_kdb_hi_jZpbb.
Палочки предстаeyeb собой таблицу умножения от 1×1 до 9×9,
расположенную на деylb линейках. Еще на одной линейке были нан е-
сены числа от 1 до 9, она размещалась слеZ

10

Рис. 3. Палочки Непера
Пусть необходимо умножить 4681 на 7. Выбираем палочки соотве т-
ст_gghkghf_jZfbBkfhljbfgZk_^vfmxkljhdm ihiZehqd_
размещенной слеZ)

Рис. 4. Счет с помощью палочек Непера

2
8
4
2
5
6
0
7
Теперь сложим по диагонали справа налево и получим результат
32767.
§ 2 . Механический этап
2.1 . Первые механические счетные приборы
XVII _d[uehagZf_gh\ZgjZa\blb_f_kl_klенных наук: за ложены
научные основы современной физики, механики, химии. В математике в
это j_fy созда на математика переменных _ebqbg− анализ бесконечно
малых . Научные достижения, с одной стороны, способств оZeb разв и-

11
тию сложны х механизмоk^jm]hc – требоZeb для дальнейшего разв и-
тия создания различных приборо в том числе и счетных. Все это сп о-
собств ов ало развитию идеи механизации uqbkebl_ev ных про цессов .
Заметим, что перuc эскиз механического тринадцатиразрядного
суммирующего устройстZ с десятью колесами был разработан еще
Леонардо да Винчи (1452− 1519) , но этот ученый k_]^Z и во k_f оп е-
режал свое время, сb^_l_evkl же тому, что устройство было построено
нет . По этим чертежам лишь  60 -е годы прошлого века фирма IBM в
целях рекламы построила uqbkebl_evgmx машину, которая оказалась
iheg_ работоспособн ой .
Итак, в 1623 г. В. Шиккард профессор математики и астрономии
Тюбингенского уни_jkbl_lZ  письме к И. Кеплеру описыZ_l устро й-
стh и принцип дейстby первой из известных счетных ма шин − ари ф-
мометр а. Суммирующее устройст h этой машины предстаey_l собой
сое динение зубчатых передач и позволяет осущестeylv операции сл о-
же ния , uqblZ ния , умноже ния , деле ния . Из -за сложности и неудобст Z
ее устройстZwlZfZrbgZg_ihemqbeZrbjhdhc
известности и kdhj_ была забыта. Принцип
дейстby этой машины был известен, b^b мо,
очень узкому кругу лиц, п оэтому долгое j_fy
считалось, что пер uf изобретателем арифм о-
метр а был Блез Паскаль (1642) . В машине Па с-
каля числа задаZebkv углоufiheh`_gb_fhkb
или колес, которые
нах одились на той
же оси. Имела ли
машина Паскаля
практическое и с-
пол ьзоZgb_ не из-
_klgh С овременники ученого, hkobsZykv
машиной, k_ же находили ее сложной и м а-
лопригодной для практических расчето
Однако труды Б. Паскаля (им было создано
50 вариантоiZkdZebgu hdZaZebaZf_lgh_
ebygb_ на _kv дальн ейший ход разblby
uqbke ительной техники.

Рис. 5
Рис. 6. Машина Паскаля

12
Примерно  это ж время Уильям ом Отред ом и Ричард ом Деламе й-
ном была создана логарифмическая линейка (Англия, 1630). Это устро й-
стh повсеместно использоZeZkv инженерами и учеными для вычисл е-
ний iehlv до 70 -х го дов прошлого _dZ Спра_^eb\hklb ради, следует
заметить, что помимо означенных выше фамилий к процессу ее со_ р-
шенствоZgbybfh^bnbpbjhания причастны и многие другие ученые и
изобретатели ( Эдмунд Гюнтер, Эдмунд Уингейт, Уильяма Форстера,
Роберт Биссакер, Сет Патридж, Джон Робертсон, Амедей Манн хейм –
k_wlbbf_gZkязаны с логарифмической линейкой ). Даже k_fba\_k т-
ный И. Нью тон принял участие  этом процессе, предложив идею «б е-
гунка» , который сущест_ggh упрощал манипулироZgb_ с логарифм и-
ческой линейко й.
Перmx счетную машину, на которой можно было не только скл а-
дыZlvbычитать, но умножать и делить, сконструироZebihkljhbe в
1673 г.  Германии Готфрид Вильгельм Лейбниц . В осно_ множител ь-
ного устройстZ механического калькулятор а лежал ступенчатый валик
Лейбница − цилиндр с зубцами разной длины, который aZbfh^_ckly о-
Ze со счетным ко лесом. Передвигая колесо ^hev ZebdZ его \h^yl в
зацепление с необходимым числом зубцо и обеспечиZxl устаноdm
определенной цифры. Идеи Лейбница со_jr_gklоZebkv и развив а-
лись iehlv^hdhgpZ XIX _dZDjhf_lh]h=E_c[gbp заложил осноm
дhbqghckbkl_fukqbke_gby.
Суммирующие машины были изготоe_gu\h^ghfbebg_kdhevdbo
эк земплярах, так как  то время не имелось соответствующей технол о-
гической базы и, кроме т ого, из -за отсутствия спроса на них массовое
производстhg_lj_[hалось.
Серийное производстh
арифмометров вперu_ было
налажено К. Томас ом лишь 
1818 г.  Англии (на рис. пре д-
стаe_gZ схема машины Томаса) .
СконструироZgguc им аппарат с
различными усо_jr_gkly оZg и-
ями выпускался  течение ста лет
по 300 –400 экз емпляро  год , что
было обуслоe_gh развитием пр о-
мышленности .
Рис. 7. Валик Лейбница

13
О днако сущестhали и другие счетные устройстZ , которые не п о-
лучили такого широкого распространения . Бол ее того, они были просто
забыты, уb^_lvbofh`ghebrv\Ihebl_ogbq_kdhffma__.
К таким малоизвестным устройстZffh`ghhlg_klbkZfhkq_luX у-
някоkdh]h множительное устройство Слонимского, счислитель Ку м-
мера и некоторые другие.
Механические счетные прибо ры можно классифицироZlv след у-
ющим образом (рис. 8) .
К середине XIX _dZ сyabk[mjgufijhfure_ggufjhklhfjZ з-
blb_f[Zgdh, железных дорог возникла острая потребность kha^Zgbb
быстродейстmxsbo и надежных счетных машин. Развитие промы ш-
ленности обеспечило и соответствующую технологическую базу.
Среди многочисленных uqbkebl_evguo устройст того j_f_gb
нельзя не отметить оригинальную конструкцию арифмометра, предл о-
женную русским математиком П.Л. Чебышеuf  <__hkg о-
m был положен прин цип «непрерыghc передачи десятков» , который
состоял  том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поhjZq и-
ZeZ шестеренку десятко на 1/10 оборота, а шестеренку сотен − на
1/100 и т.д. Этим обеспечиZehkvieZное изменение угла поhjhlZсех
klmiZxs их во взаимодействие колес.
Кроме задачи со_jr_gklования механизмо и принципо счета
стаbebkv и другие – разработка принципо хранения информации, а
также принципо ее анализа (причем информации, предстаe_gghc не
только в виде цифр), то есть аналитиче ских машин.
В наше j_fyohjhrhba\_klgu различные средства хранения и п е-
редачи информации, перuf среди которых обычно упоминают перф о-
карты , получиrb_ широкое распространение  1950− 1970 гг . Об этом
будет сказано подробнее  гла_ о физических принципах записи и н-
формации. Интересным, однако, яey_lky тот факт, что многие идеи,
принципы и устройстZ используемые  XX _d_ при разработке ко м-
пьютеро[uebij_^eh`_gukms_klенно раньше.

14

Рис. 8

15
Так и перфокарты, яeyxlky изобретение м XVIII _d а. Упомянуто
оно было i_j\u_b звестны м французским механик ом Жак ом де Вока н-
сон ом  ста тье , где он указал на hafh`ghklv использования перфокарт
для аlhfZlbaZpbb упраe_gby различными механизмами. Заметим, что
металлические перфорироZggu_ ленты уже довольно даgh использ о-
Zebkv  башенных часах с музыкальными аlhfZlZfb , Вокансон пре д-
ложил нарезать эти ленты и преjZlblvbo\i_jnhdZjlu (то есть сделать
формат более удобным и использоZlv  других устройствах) . Он был
прославленным создателем мн огочисленных механических аlhfZlh,
особенно популярна его утка, покрытая настоящими перьями. Она ход и-
ла, крякала, клевала и глотала зерна и даже « пере Zjbала» их с пом о-
щью kljh_gghc миниатюрной мельницы. Сам он уже достиг почтенн о-
го возраста и реальным изготоe_gb_fi_jnhdZjlg_bgl_j_khался.
Статья Ж. Вокансона попала  руки констру ктору текстильных м а-
шин Ж.М. Жаккару , кото рый ]. и построил ткацкий станок с пр о-
граммным упраe_gb_f с помощь ю больших картонных перфокарт, и с-
пользу емых для hkijhba ведения узор а на ткани .
Итак,  со_jr_gbb счетных операций и сохранении информации
уже были получены определенные достижения, но были сделаны опр е-
деленные шаги и к созданию аналитических машин. В XIX _d_ дел а-
лись попытки конструирования аlhfZlbabjhанных аналитических
машин . При_^_f^а примера таких машин, которые были разработаны
практически одноj_f_ggh  Англии (машина Ч. Беббиджа) и  России
«машина для сравнения идей» С. Н. Корсакова .
2.2 . Первые аналитические машины
О сновная идея профессора Кембриджского уни_jkbl_lZ Чарльза
Беббиджа заключалась  создании аналитической машины, которая
должна была выполнять арифметические операции без участия челов е-
ка. Для этого она должна была уметь uihegylvijh]jZffuводимые с
помощью перфока рт и иметь устройство для запоминания данных и
промежуточных результато (зачатки памяти). Аналитическая машина
Бэббиджа (1833 ) могла хранить промежуточные результаты uqbke_gbc
(набиZy их на перфокарты), чтобы обработать их впоследстbb или и с-
пользоZlv один и тот же промежуточный масси данных для нескол ь-
ких разных кал ькуляций. Наряду с разделением « про цессора» и «пам я-
ти» , ZgZeblbq_kdhcfZrbg_ были реализоZguозможности услоguo
переходоjZa\_lляющих алгоритм вычислений, и организации циклов

16
для многократного поlhj_gby одной и той же подпрограммы. Ч. Бэ б-
бидж продbgmeky настолько, что сумел глубоко заинтересоZlv и пр и-
e_qv к программироZgbx сh_c гипотетической машины дочь Джо р-
джа Байрона А]mklbgm Аду Кинг, графиню Лавлейс, обладаrmx бе с-
спорным математическим даров анием и hr_^rmx историю как « пе р-
ucijh]jZf мист» (язык «Ада») .
А налитическая машина Бэббиджа имела следующую структуру :
1) блок хранения исходных дан ных и промежуточных результатов –
«склад» или «накопитель» («запоминающее уст ройство», «п а-
мять»);
2) блок, dhlhjhfhkms_klлялись необходимые операции над чи с-
лами, aylufb из «склада» – «мельница» («арифметическое
устройство»);
3) блок, упраeyxsbc последовательностью операций, выполня е-
мых над числами – «контора» («устройстhmij аe_gby ;
4) устройстhвода и выh^Z^Zgguo
В аналитической машине предусматриZebkv три b^Z uода п о-
лученных результато печатание одной или дmo копий, изготоe_gb_
стереотипного отпечатка, пробиdbgZi_jnhdZjlZo.
За_jrZy работу над проектом св оей uqbkebl_evghc машины 
1835 г., Чарльз Беббидж  письме, адресоZgghf президенту Короле -
ской академии наук, писал: « Я сам удивляюсь могущестmkhklZляемой
мной машины ». Разумеется, он имел  b^m лишь область uqbke_gbc
так как другие применения jy д ли  те j_f_gZ можно было предв и-
деть.
Чарльз Беббидж не смог до_klb работу до конца − это оказалось
слишком сложно для техники того j_f_gb. Если бы k_`_hgkfh]j_ а-
лизоZlv свой проект, то машина остаZeZkv бы механической и пре д-
стаeyeZ собой сочле нение большого числа зубчатых колес, рычагов и
других деталей.
Идеи Бэббиджа iheghcf_j_ удалось реализоZlvebrv\k_j_^bg_
XX столетия khременных компьютерах. Хотя были и другие попытки
создания аналитических машин.
В 1832 г. коллежский со_lgbd МинистерстZ внутренних дел ро с-
сийской империи Семен Николаеbq Корсаков подал  Императо р-
скую Академию наук  Санкт -Петербурге описание изобретенной им
машины, _jg__ ряда уст ройст которые он сам назыZe «машина для

17
сравнения идей» . На современном языке ее можн о было бы охарактер и-
зоZlv как « сис тему для информационного поиска» или даже « средство
для созда ния баз данных». Осноguf «носителем информации»  этих
устройстZo также стали перфокарты, храниrb_ky  специальных ка р-
тотеках . Они могли аlhfZlbq_kd и (механически) сортироZ ться и сра -
ниZ ться по определенным признакам. В его разработках реализоZgu
почти k_ принципы, составиrb_ осноm из _klgh]h «Табулятора Хо л-
лерита» , созданного более чем пятьдесят лет спустя.
В 1890 г.  США Г. Холлери т изобре л т абулятор , который успе ш-
но был использоZg для обработки результатоi_j_ibkbgZk_e_gby. Это
устройство использоZe лучшие идеи предшест_ggbdh. Источником
энергии  нем были электрические батареи, а механические счетчики
упраeyebkvwe_dljbq_kdbfbbfimevk ами, которые возникали при зам ы-
кании контакто через отверстия перфокарт. Слабые токи i_jые и с-
пользоZebkv^eyвода чисел и упраe_gbyjZ[hlhcfZrbgu

Рис. 9. Табулятор Холлерита

Рис. 10. Принцип действия перфокарты
В России машины Холлерита также использоZebkvH^gZdhijhb з-
h^kl\h перфорационных табуляторов  СССР было налажено лишь в
30 -х годах XX _dZ Перфорационные машины механического принципа

18
дейстby не обладали ukhdbfb скоростями счета, что и предопредел и-
ло их дальнейшую судьбу.
В то же время, что и Холлерит, петербург ский изобрета тель В.Т.
Одне р (1874 ) раз работал надежную и удобную  эксплуатации машину
(арифмометр Однера) , особенность ю конструкции которой яeyehkv 
примене ние зубчатых колес с пере менным числом зубцов − «колес О д-
нера» . В каждом колесе было деylvam[ph, угол между дmfyam[pZfb
прини мался за единицу разряда чи сел. Для каждого разряда отводилось
отдельное колесо. При наборе нужного числа из тела колеса рычажком
u^\b галось количестh зубцо равное устанаebаемой цифре. Если
рукояткой делался один полный оборот, зубцы, hc^y  зацепление с
промежуточ ными шестернями, поворачиZeb колесо счетного механи з-
ма на угол, соответст mxsbcwlhfmqbkemIjhbkoh^beZ передача числа
 счетчик. Арифмометры В. Т. Однера были популярны на протяжении
многих лет и uimkdZebkv до конца 1960 -х годо под марками «Ориг и-
нал Однер», «Союз», «Оригинал Динамо», «МоскZ« Фе ликс» .
В апреле 1914 г. , за четыре месяца до начала Первой мироhc во й-
ны, профессор Харькоkdh]h тех нологического института Александр
Николаеbq Щукарев по просьбе Москоkdh]h Политехнического м у-
зея приехал Fhkdу и прочитал лекцию «Познание и мышление ». Ле к-
ция сопровождалась демонстрацией созданной А.Н. Щука реuffZr и-
ны логического мышления» , способн ой механически осущестeylv пр о-
стые логические uоды на осно_ исходных смысловых посылок. Ле к-
ция имела большой резонанс , а  журнале «Вокруг с_lZ за 1914 г. п о-
яbeZkv статья с про b^q_kdbf названием «Мыслительная машина» , 
ко торой написано : «Если мы и меем арифмометры, складыZxsb_ в ы-
читающие, умножающие миллионные числа поhjhlhf рычага, то,
очеb^gh время требует иметь логическую машину, способную делать
логические uоды и умозаключения одним нажиманием соответств у-
ющих клавиш. Это сохранит массу вр емени, остави чело_dm область
тhjq_kl\Z]bihl_anZgl азии, ^hoghения – душу жизни ».
В 1936 г.  Великобритани и была создана теоретическая уни_ р-
сальная «машина Ть юринга », показывающая принципиальную hafh ж-
ность решения любых задач с помощью элементарных арифметических
дейстbc Н а ее осно_ были созданы ihke_^kl\bb «Колосс» ( Велик о-
британия ), «Эниак» (США).

19
Итак, началась эра uqbkebl_evguo машин , перufb из которых
стали машины релейного типа.
В 1943 -44 г г. ГоZj^: йкен (США) создает машину по разработкам
Бэббиджа – «Марк -1»: uqbkebl_evgZy машина с автоматическим
упраe_gb_f последоZl_evghklvx операций. В ней использоZebkv м е-
ханические элементы для предстаe_gbyqbk_e и электромеханические –
для упраe_gby работой машины. Числа хранились  регистрах, состо я-
щих из десятизубых колес. Всего использоZehkv 72 регистра, плюс д о-
полнительная память из 60 регистров . Умножение и деление производ и-
лось  отдельном устройст_ Машина имела kljh_ggu_ рел ейные бл о-
ки для вычисления функций.
В середине 50 -х годо СССР Н.И. Бессоноkha^Z_l одну из самых
со_jr_gguo вычис лительных маши н релей ного типа – РВМ -1. Однако
скорость uiheg_gby арифметических операций  таких машинах была
недостаточно высока, невыс ока была и их надежность. Глаguf их н е-
достатком было отсутств ие hafh`ghklb хран ения  памяти программ ,
но этот недостаток будет устранен сущест_gghiha`_ .
Необходимо было искать новые пути со_jr_gklоZgby вычисл и-
тельной техники.
В XX _d е перед uqbk лительной техникой была постав лена зада ча
суще ст_ggh более сложная , чем у_ebq_gb_ скорости счета (х отя и это
было необходимо ). Технические применения, сyaZggu_ с решением
различных задач, требоZebZтоматизации вычислений. О собенно остро
 uiheg_gbb трудоемких и точных расчето нуждались та кие област и
науки и техники, как аэродинамика больших скоростей , гидротехника,
космическая баллистика, ядерная энергетика, упраe_gb_ летательными
аппаратами и т.д. Между тем доэлектронная uqbkeb тельная техника
(механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной
степени механизироZlv процессы вычислений. Требовался переход к
элементам, работающим с большими скоростями . Начались разработки
электронных вычислительных машин (ЭВМ).
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развив а-
лась электроника и счетно -аналитическая вычислительная техника. В
1904 г. Дж. Флеминг (Великобритания) изобрел первый ламповый диод,
а  1906 г. Ли де Форест (США) − перuc триод. До середины 30 -х гг.
электронные лампы уже стояли h k_o радиотехнических устройстZo
Но эра ЭВМ начиналась с изобретения лампоh]h триггера. Это откр ы-

20
тие было сделано незаbkbfh друг от друга со_lkdbf ученым
М.А. Бонч -Бруеbq_f (1918) и английскими учеными У. Экклзом и
Ф. Джорданом (1919). Триггерные схемы постепенно стали широко
применяться  электронике для переключения релейной коммутации и
т.д.

Рис. 11. Реостатная триггерная схема на триодах

21
§ 3 . Электронные вычислительные машины
3.1. Периодизация разblbyW<F
В uqbkebl_evghc технике принята сh_h[jZagZy периодизация
развития ЭВМ, основой которой является физико -технологический
принцип. Для определения особенностей каждого периода был \_^_g
термин «поколение ЭВМ».
Под поколением ЭВМ понимают k_lbiubfh^_eb ЭВМ, разраб о-
танные различными конструкторскими коллектиZfb uimkdZ_fu е 
разных странах, но использующие одни и те же научны е и технически е
принци пы .
Перh_ihdhe_gb_ ЭВМ (1945 1954 )
Большинстh машин первого поколения были экспер и-
ментальными устройстZfb и строились с целью про_jdb тех
или иных теоретических положений. В качестве элементной
базы ЭВМ перh]h поколения использоZebkv исключительно
электрон ные лам пы, что определяло их в ес и размеры : эти компьютер ы
требоZeb для себя отдельных зда ний . Развитие машин перh]h покол е-
ния завершилось hkgh\ghfdk_j_^bg_0 -х годоgh\uimkdZebkvhgb
значительно дольше и эксплуатироZebkv_s_^ebl_evgh_\j_fy.
К характерным чертам машин первого поколения, которые сохр а-
нились отчасти и в последующих поколениях , можно отн ести : пара л-
лельное арифметиче ское устройство; полупроводниковые диоды и ма г-
нитные сердечники eh]bq_kdbowe_f_glZofZrbgu ; разделение памяти
машины на быстродейстmxsmx оператиgmx и медленную g_rgxx
память. Оперативная п амять имела ограниченн ый объем и uihe нялась
на лучеuoljm[dZo bebiha^g__gZn_jjblhых сердечни ках). Внешняя
память имела сравнительно большо й объем и использоZeZ  качест_
носителей информации магнитные барабаны и ленты; при \h^_bыв о-
де данных использоZebkv перфолен ты и перфокар ты . Среднее быстр о-
дейстb_ таких ЭВМ − арифметических операций в секунду.
В а]mkl е 1943 г. под руководством американских ученых Дж . М о-
учли и Дж. Преспера Экерта началась работа над созданием перв ой
электронной вычислительной машины,  которой для счета и запомин а-
ния использоZebkvwe_dljhggu_eZfiuWlhiha\hebehj_adhmеличить
скорость uiheg_gby машинных операций. Основными схемами маш и-
ны были логические ячейки «И», «ИЛИ» и триггеры (dZq_klе запом и-4 10

22
нающих устройст  В 1944− 46 гг. ими был создан быстродейстmxsbc
компьютер на электронных лампах – «Э НИАК »1. Эта машина содержала
18 тысяч ламп и выполняла около 1 тысячи операций в секунду.
Таблица 1
С РАВНЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТ ВИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕС КИХ И
АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫЧИС ЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Машина Год
uimkdZ
Осноgu_we_f_glu Скорость uiheg_gbyZjbnf е-
тических операций, мс
сложение умножение
МАРК -1 1944 Электромеханические 300 5700
МАРК -2 1947 Электромеханические 200 700
ЭНИАК 1945 Электронные 0,2 2,8
В ЭНИАКЕ десять триггеро соединялись  кольцо, образуя дес я-
тичный счетчик, который играл роль счетного колеса механической м а-
шины. Десять таких колец и еще два триггера для предстаe_gby знака
числа образуют запоминающий регистр. Каждый регистр был снабжен
схемой передачи десятко и мог быть использоZg также для uiheg е-
ния операций суммироZgby и вычитания. Друг ие арифметические оп е-
рации uihegyebkv специализироZgguo[ehdZo<од чисел fZrbgm
производился с помощью перфокарт, а программное упра e_gb_ посл е-
доZl_evghklvx uiheg_gby операций осущестeyehkv как и  счетно -
аналитических машинах, с помощью штекероbgZ[hjguoihe_c.
В начале 50 -х годо пояbebkv и перu_ со_lkdb_ электронно -
uqbkebl_evgu_ машины. В перmx очередь следует назвать ма лую
электронную uqbkebl_evgmx машину МЭСМ, построенну ю  Кие_
под рукоh^kl\hf С.А. ЛебедеZ З атем была создана более мощная −
БЭСМ. Позднее были созданы машины «КиеFbjFbgkdb^j.
За_jrZxsmxlhqdm создании первых ЭВМ поставили, почти о д-
но j еменно, − 52 гг. ученые Великобритании , Со_lkdh]hKhxaZb
США (Морис Уилкс – ЭДСАК 2  ] ; Сергей Алексееbq Лебедев –
МЭСМ 3  ] .; Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман –
ЭДВАК 4] kha^Zrb_W<F iZfylbdhlhjhcfh]eZkhojZgylvky
ijh]jZff Z. Следует заметить, что отечест_ggZyычислительная маш и-
1 АlhfZlbq_kdbc цифроhc упраeyxsbc калькулятор ENIAC – Electronic Numer i-
cal Integrator and Computer 2 EDSAC – Electronic Delay Storage Automatic Computer 3 МЭСМ – Малая (в перhfарианте «Модель») Электронной Счетной Машины. 4 EDVAC – Electronic Discrete Variable Computer

23
на МЭСМ имела явное преимущестhihkjZнению с машиной ЭДСАК,
так как дейстby в ней осущестeyebkv параллельно, а не последов а-
тельно.

Рис. 12. Директор Института математики АН УССР академик
Б.В. Гнеденко и старший научный сотрудник Л.Н. Дашевский за прове р-
кой работы МЭСМ. г. КиеMKKJ]Bahnhg^IF.
ЭВМ перh]h поколения чаще k_]h были рассчитаны на решение
довольно узких задач, например, конкретной системы ураg_gbc п о-
этому некоторые машины создавались для про_^_gby со_jr_ggh
определенных расчето Так, в 1953 г. под рукоh^kl\hf Ю. Базилевск о-
го была создана вычислительная машина «Стрела». Эта машина имела
электронных ламп, полупроh^gbdh\uo диодов; опер а-
тиgh_AM было создано на 43 электронно -лучеuo трубках и имело ем-
кость 2048 чисел по 43 дhbqguojZajy^ZdZ`^h_<g_rgyyiZfylv[ueZ
реализоZgZ на магнитных лентах. Ее быстродейстb_ доходило до
операций  секунду. Машина могла выполнять 15 арифметич е-
ских и логических операций одноj_f_ggh .
На «Стреле» были решены Z`gu_ научные и техничес кие задачи
большой сложности, например, аэродинамические расчеты первого с о-
_lkdh]h пассажирского реактиgh]h самолета Ту -104. На uiheg_gb_ 3 10 8 3 10 2 ~  3 10 2

24
операций потребовалось k_]h 17 часо непреры ghc работы м а-
шины.
К осноguf н едостаткам ЭВМ перh]h поколения можно отнести :
1) большую занимаемую об щую площадь ( ); 2) потребл я-
емую электроэнер гию ( ); 3) сложный энергоблок , который
должен был обеспечиZlvmkljhcklа ЭВМ разн ыми потребляем ыми ча-
стота ми и напряжени ями ; 4) ма лую надеж ность электронных ламп.
Второе поколение ЭВМ (1955 -1964)
Во втором поколении компьютеров f_klh электро н-
ных ламп использовались полупроводникоu_^bh^ub три о-
ды ( транзисторы ), а  качест_ устройств памяти стали пр и-
меняться ферритовые сердечники и магнитные барабаны –
далекие предки современных жестких диско Ферритоu_ сердечники
нашли применение и  логических схемах. Все это п озhebeh резко
уменьшить габариты и стоимость компьютеро которые тогда i_j\u_
стали строиться на продажу.
Но глаgu_^ остижения этой эпохи лежали  области программ ир о-
Zgby . Во lhjhfihdhe_gbbdhfivxl_jh i_jые пояbehkvlhqlhk е-
годня назыZ_lky о перационной системой. Тогда же были разработан ы
пер вые языки высокого уроgy − Фортран, Алгол, Кобол. Эти два Z ж-
ных усо_jr_gkl\hания позволили значительно упростить и ускорить
нап исание программ для компьютеро П рограммироZgb_ остаZykv
наукой для из бранных , станоblvky[he__ доступным .
Одноj_f_ggh расширялась и сфера применения компьютеро Т е-
перь уже не только ученые могли рассчитыZlv на доступ к uqbke и-
тельной технике; компьютеры нашли применение  планировании и
упраe_gbb а некоторые крупные ф ирмы стали использоZlv компь ю-
тер ы для решения задач бухгалтер ского учета.
ПреимущестZ ми ЭВМ lhjh]h поколения были (по сравнению с
первым поколением) : 1) уменьшение габарито (примерно  20 раз ); 2)
снижение потребляемой электроэнергии, рост производительности; 3)
ukhdbc параллелизм  работе отдельных блоков: uiheg_gb_ пара л-
лельно дmo или более последоZl_evguo команд из одной программы
или из разных программ , что при_eh к сущест_gghfm поur_gbx
быстродействия машины – операций в секунду.
8 10 ~ 2м 300 200 ~  кВт 150 80  6 10

25
Таблица 2
С РАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТ ИК УНИВЕРСАЛЬНЫХ ВЫЧ ИСЛИТЕЛЬНЫХ
МАШИН ПЕРВОГО И ВТОР ОГО ПОКОЛЕНИЙ
Характеристика ЦВМ на электроZdmmfguo
элементах
ЦВМ на дискретных
полупроh^gbdhых и
магнитных элементах
1950 1955 1960 1965
Скорость uiheg_gby
операции сложения двух
чисел, мкс
240 15 4 0,8
Емкость оператиghc п а-
мяти, д_^.
1,5·10 4 1,5·10 5 1,5·10 6 6·10 6
Полный цикл операти -
ной памяти, мкс
282 12 4 0,5
Плотность монтажа, к о-
личестhwe_f_glh в 1 м 3
130−180 2,9·10 3 2,9·10 4 4,4·10 4
Предстаbl_eyfb ЭВМ lhjh]h поколения были отечест_ggu_
«Минск -2», «Урал -14», «БЭСМ -4» и д р.,  США − «Стретч»;  Велик о-
британии − «Атлас».
Дальнейшее у_ebq_gb_ быстродействия ЭВМ тормозилось ко н-
структиguf выполнением электронных схем машин, которые соб ир а-
лись из отдельных элементо − резисторо конденсаторо диодо
транзисторо Препятствием у_ebq_gbx скорости работы вычисл и-
тельной машины служила недостаточная скорость передачи информ а-
ции . Если переключающий элемент будет работать со скор остью
переключений k_dmg^mlhaZремя переключения сигнал успеет про й-
ти около 30 см, тогда как реальные расстояния между элем ентами были
 2 -3 раза большими. Весь выигрыш  скорости переключения сигнала
оказыZeky «съеденным» j_ менем передачи сигнала. Дальнейшая м и-
ниатюризация конструктиguo элементо затруднялась необходим о-
стью работы с каждым из них  отдельности. Выходом из этих затру д-
нений яbeZkvbgl_]jZevgZyl_ogheh]by
Третье поколение ЭВМ (1965 -1974 )
В третьем поколении ЭВМ i_jые стали исполь зо-
Zlvky интегральные схемы − целые устройстZ и узлы из
десятков и сотен транзистороыполненные на одном кр и-
сталле полупроводника (то, что сейчас назыZxl микросхемами). В и н-
тегральной схеме k_ компоненты и соединения изготоe ены на общей
«подложке», так назыZ_fhffhghdjbklZee_Wlhiha\hebehh[t_^bgblv
 одном электронном приборе несколько ячеек «И», «ИЛИ», триггеро 9 10

26
Такие малые интегральные схемы (МИС) яbebkv отличительным пр и-
знаком машин третьего поколения , j_f_g_f hagb кновения которых
можно считать 1964 -1970 гг.
В это же время появляется полупров одникоZyiZfylvdhlhjZybih
сей день используется  персональных компьютерах  качест_ опер а-
тиghc памяти .
В эти годы производстhdhfivxl_jh приобретает промышленный
размах. Лидером того j_f_gb станоblky фирма IBM , которая первой
реализоZeZ семейство ЭВМ – серию полностью совместимых друг с
другом компьютеро от самых маленьких, размером с небольшой шкаф
(меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей.
Наиболее распространенным  те годы было семейство System/360 фи р-
мы IBM, на осно_dhlhjh]h\KKKJ[ueZjZajZ[hlZgZk_jby?KW<F.
Еще в начале 60 -х годо по явились перu_ миникомпьютеры − не-
бо льшие маломощные компьютеры, доступ ные по цене небольшим
фирмам и лабораториям. Миникомпьютеры предстаeyeb собой прот о-
тип персо нальных компьютеров , пробные образцы которых были вып у-
щены только в середине 70 -х годо
Между тем количество элементо и соеди нений между ними, ум е-
щающихся  одной микросхеме, постоянно росло, и  70 -е годы инт е-
гральные схемы содержали уже тысячи транзисторо Это позволило
объединить в маленькой схеме боль шинстh компоненто компь ютера,
что и сделала  1971 г. фирма Intel, uimk ти первый микропроцессор,
который предназначался для появиrboky настольных калькуляторо
Это изобретени е было чрезвычайно важным, так как микропроц ессор
яey_lkydexq_\ufwe_f_glhf персонального компьютера.
Процесс и зготоe_gby интегральной схемы − это манипуляции с
микроскопическими объектам и. Он сводится к созданию в миниатю р-
но м кристалле зон с различной концентрацией проводящих материалов.
Комбинации их  соответстmxsbo сочетаниях состаeyxl транзист о-
ры, диоды, конденсаторы, резисторы и др. Большинст h пленок получ а-
ют напылением необходимых материало при низких даe_gbyo (ми л-
лиардная доля атмосферы). Материал оседает на стеклянной или мета л-
лической пластине, а затем с помощью фотолитографических методов
на нее наносят определенный рисунок.
В 1970 г. был создан центральный процессор , содержащий уже 2250
транзистороgZdjbklZee_jZaf_jhfkhreyidm]\ha^y.

27
ЭВМ на малых интегральных схемах по сраg_gbx с машинами
первого поколения (на электронных лампах) занима ла объем  раз
меньший, потребляла  5,6∙10 4 раз меньше электроэнергии, а работа ла
при этом jZa[uklj__ (например, супер ЭВМ «Эльбрус» uihegyeZ
109 операций k_dmg^m) . Среднее время безотказной работы исчисля лось
уже не часами, а годами. Кроме того, ЭВМ третьего поколения уже мо г-
ла работать не только с числа ми , но и со слоZ ми , фраз ами , текст ами ,
т.е. оперироZe а алфа blgh -цифровой информацией. С их помощью
можно было аlhfZlbabjhать документооборот, обрабатыZlv[hevrb_
массивы технологической информац ии и экономической статистики .
Наконец -то, ЭВМ стала по -настоящему аналитической машиной.
Постепенно повышалась и степень интеграции электронных схем.
Наряду с поur_gb_f скорости uiheg_gby арифметических операций
и у_ebq_gb ем объема «памяти» машины, шло со_jr_gkl\hание
устройствода -выh^Z^Zgguo.
Чет_jlh_ihdhe_gb_ ЭВМ (1974 –1980)
Четвертое поколение машин – это машины на БИС ах , то есть бол ь-
ших интегральных схемах . В одном монокристалле площадью
было объединено около 45 тысяч элементоp_eu_ычисл и-
тельные машины могли поме ститься dm[bd_jZaf_jhf .
БИСы стали перbqgufb электронными элементами, серийно uimkd а-
емыми промышленностью . Это снизило стоимость машины  тысячи
ра з.
На смену устройств, осноZgguo на использоZ нии перфолент,
электри фицироZgguo машинок и телетайпо пришли бесконтактные
клавиатуры, панели графического \h^Z читающие аlhfZlu дисплей
со с_lhым карандашом и т.п. Быстродейстb_fZrbguih^hrehdkd о-
рости распространения электрических импульсо  твердом теле. Нач а-
лись поиски ноuonbabq_kdboijbgpbih построения ЭВМ – разрабо т-
ка оптически х компьютеров . Основной deZ^  повышение производ и-
тельности здесь достигается за счет структурных решений, то есть выс о-
кого п араллелизма в работе различных элементоfZrbgu и т.п.
Пятое поколение (1980 − по настоящее время)
Оптические вычислительные машины – это синтез с_lh\h]h изл у-
чения и электроники . О ни строятся на иных принци пах: к ороткие и м-4 10 3 2 мм 2,5 5 3 мм 30 30 30  

28
пульсы с_lZ^ebl_ льностью будут dexqZlvb\udexqZlv
систему лазероK\_lhая «мысль» сможет работать со скоростью света.
Продолжаются работы над ЭВМ пятого поколения. Разработка п о-
следующих поколений компьютеро будет производит ься на основе
больших интегральных схем поur_gghckl_i_gbbgl_]jZ ции на основе
оптоэлектронных принципо eZa_ju]heh]jZnby .
В пятом поколении с таylkykhершенно другие задачи, нежели при
разработке k_o прежних поколений ЭВМ. Е сли перед разработчиками
ЭВМ с первог о по чет_jlh_ поколен ие стояли задачи у_ebq_ ния пр о-
изводите льности h[eZklbqbkehых расчето^hklb`_ ния большой е м-
кости памяти, то основной задачей разработчи ко ЭВМ пятого покол е-
ния яey_lky создание искусст_ggh]h интеллекта машины (возмо ж-
ность дела ть логические uоды из предстаe_gguo факто  разви тие
«интеллектуал ьных » компьютеро − устранение барьера между челов е-
ком и компьютером.
В настоящее j_fy к омпьютеры способны воспринимать информ а-
цию с рукописного или печатного текста, с бланкоk чело_q_kdh]h] о-
лоса, могут узнаZlv пользоZl_ey по голосу, осущестeylv перевод с
одно го языка на другой. Это позволяет общаться с ЭВМ всем пользов а-
телям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями  этой обл а-
сти. ЭВМ становится помощником чело_dm h k_o областях , привы ч-
ным бытовым прибором .
Уро_gv вычислительной техники уже сейчас достаточно ukhd .
Так  2002 г. для Института наук о земле  городе Йокогама (Япония)
корпорацией NEC был создан наимощнейший на сегодняшний день с у-
перкомпьютер Eerth Simulator. Производительность новой машины с о-
стаey_lljbeebhgh операций в секун ду .
М ы рассмотрели историю и современное состояние компьютерной
техники.
П ерспективы со_jr_gkl\hания персональных компьютеров св я-
зыZebkv с дальнейшим уменьшением разм еро транзисторо Так с о-
трудникам Беллоkdbo лабораторий уже удалось создать транзистор
размером  60 атомо! Они считают, что транзисторы по ряду параме т-
ро уже достиг ли физических предело Так, транзистор имеет размер
. Это означает, что на чипе площадью можно будет ра з-
местить транзисторо с 10 10 11 10    мкм 05,0 2 см 10 6 10 20 

29
В настоящее j_fy появилась технология производстZ пластик о-
uo транзисторо  рамках которой сумма k_o усо_jr_gkl\hаний
при_^_l к созданию «финального компьютера», более мощного, чем
соj_f_ggu_jZ[hqb_klZgpbb Этот к омпьютер будет иметь размер по ч-
тоhc марки и, соот_lklенно, цену, не превышающую цены почтовой
марки. Что касается периферийных устройст то гибкий экран телев и-
зора или компьютерного монитора будет надежным и миниатюрным.
Таким образом, возможно, что компьютер будет иметь размер обыч ной
кредит ной карточ ки , за полненной массой необходимой информации,
dexqZy ту, которая обычно и хранится  кредитной карточке, но в ы-
полненной из такого материала, что она никогда не по требует замены.
В последнее j_fyысказыZebkv мысли о том, что даghihjZjZ с-
статься с электронами как основными дейстmxsbfb лицами на сценах
микроэлектроники и обратиться к фотон ам. ИспользоZg ие фотонов
якобы позволит изготовить процессор компьютера размером с атом. О
том, что наступление эпохи таких компьютеро уже не за горами гов о-
рит тот факт, что американским ученым удалось на доли секунды ост а-
нови ть фотонный пучок (луч с_lZ .
Таблица 3
П ОКОЛЕНИЯ ЭВМ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Характеристики
Элементная база Максимальное
быстродейстb_
(количестhhi е-
раций k_dmg^m)
СредстZkязи польз о-
Zl_eykW<F
Поколения
Перh_ 5 -1954) Электронные
лампы
10 4 Пульт упраe_gbyi_ р-
фокарты
Второе ( 195 5-196 4) Транзисторы
(полупроh^g и-
коu_ko_fu)
10 6 Перфокарты, пе рфо-
ленты + АЦПУ
Третье ( 1965 -19 74) Интегральные
схемы
10 7 Видео – терминальные
устройстZ
Чет_jlh_ Z
(197 4-1979 )
БИС 10 8 Монохромный граф и-
ческий дисплей + кл а-
bZlmjZ
Чет_jlh_ [
(с 1985)
С_jo;Bh 10 9 +
многопроцессо р-
ность
Цветной графический
дисплей + клаbZlmjZ
мышь
Пятое Оптоэлектрон и-
ка, криоэлектр о-
ника
10 12 +
многопроцессо р-
ность
Устройстh]hehkhой
сyab

30
3.2 . Электронн ое машиностроение в России
В предыдущем параграфе было рассказано о развитии компьюте р-
ной техники  мире,  том числе и в России. В настоящее j_fy Россия
не яey_lky лидером  области компьютерной техники. Останови мся
немного подробнее, на обсуждении этого hijhkZ попроб уем отыскать
причину теперешнего отстаZgby области uqbkebl_evghcl_ogbdb Из
сказанного ur_ykgh , что 0 -х−60 -х го дах Россия не только не отст а-
Zeb этой области, но по мног им hijhkZfbhi_j_`ZeZ страны З апада.
Следует отметить, что станоe_gb_ и раз blb_ uqbkebl_evghc техники
 послевоенные годы происходило  услоbyo отсутствия обмена и н-
формацией, так как разработка ЭВМ велась  услоbyo полной секре т-
ности, а предназначались  осноghf для h_gguo целей. Поэтому в ы-
числительная техника KKKJjZa\by алась благодаря творческим усил и-
ям собст_gguo ученых, и подчас шло сhbfb собст_ggufb путями.
Были разработаны и со_jr_gghhjb]bgZevgu_ijh_dlukj_^bdhlhjuo
можно выделить перmx  мире машину, работающую  троичной с и-
стеме счисления («Сетунь», аlhj П.П. Бруснецо 1959), и ЦВМ и с-
пользующую систему счисления  остатках ( И.Я. А кушский, 1958) .
Со_lkdb_ ученые g_keb сущест_gguc вклад во k_ основные
напраe_gbyjZa\blby\uqbkebl_evghcl_ogbdb. Останоbfkyih^jh[g__
на некоторых из них, кратко расскаж ем о научных школах и о людях,
g_krboj_rZxsbc\deZ^ развитие вычислительной техники.
Всего  России было четыре научных школы, каждая из которых
занималась решением своих узких задач в области разработки ЭВМ.
I. Научная школа С.А. Лебедева занималась разработкой супе р-
ЭВМ.
В России (а, _jg__ СССР) к разработке компьютероijbklmibeb
сразу после Великой Отечест_gghcойны. Одним из пионеро разр а-
ботке ЭВМ был Сергей Алексеевич Лебеде
Перmx  стране электронную аналогоmx uqbkebl_evgmx маш и-
ну С.А. Лебедеkha^Ze 1945 г. У этой машины была сhyki_pbnbdZ –
она была предназначена для решения систем обыкно_gguo диффере н-
циальных ураg_gbc (это было необходимо для решения задач, связа н-
ных с энергетикой, которыми тогда занимался С.А. Лебеде . Тем не м е-
нее, уже lh\j_fyhgij_^iheZ]Ze перспекти_bkihevahание двои ч-

31
ной системы счисления и понимал необходимость создания со_jr_ggh
иных вычислительных машин : более уни_jkZevguob быстрых .
К концу 1950 г. Лебедевым с его группой был создан действу ющий
макет малой электронной счетной машины. Принципиально новым в
машине был суммирующий элемент, работающий на триггерных яче й-
ках. А уже  следующем году была закончена большая электронная
счетная машина (БЭСМ) , производительность которой состаeyeZ 10
тыс. операций k_dmg^mqlh 5 раз преurZehозможности созданной
параллельно Ю. БазилеkdbffZrbguKlj_eZ» . В 1956 г. на конфере н-
ции  немецком Дармштадте С.А. Лебеде сделал доклад о БЭСМ и
произвел сенсацию: малоизвестная вычислительная машина оказал ась
лучшей  Еjhi_ В последующие годы происходило ее регулярное с о-
_jr_gkl\hание, в том числе и замена памяти на потенциалоскопах на
ферритные запоминающие элементы , а  следующих модификациях
(БЭСМ -3м и БЭСМ -4) лампы были заменены на полупроводникоu_
элементы . Так  электронных схемах БЭСМ -6 (1965 г.) использоZehkv
60 тыс. транзисторо и 180 тыс. полупроh^gbdhых диодо а ее быс т-
родейстb_^hklb]ehfeghi_jZpbc секунду. Эта модель uimkdZeZkv
промышленностью  течение 17 лет, что яey_lky своеобразным реко р-
дом.

Рис. 13. Академик С.А. ЛебедеaZjZ[hlhcgZ;WKF
БЭСМ -6 использовалась  со_lkdh -американской космической
программе «Союз -Аполлон» и имели характеристики, не уступаrb_a а-
рубежным аналогам. Эта машина была настоящим триумфом С.А. Леб е-

32
деZ_]hmq_gbdh, его школы, создаrboW<Fkihkh[gmxkhi_jgbqZlv
с лучшими компьютерами мира.
Учениками С.А. ЛебедеZ была создана и супер -ЭВМ серии «Эл ь-
брус». В частности «Эльбрус 3 -1» выполняет 1 млрд операций  секу н-
ду.
II. Научная школа И.С. Б рука занималась разработкой малых и
упраeyxsboW<F.
Еще одним пионером uqbkebl_evghc техники был Исаак Семен о-
bq;jmd . Еще ]h^mbf[ueij_^eh`_g механический интегратор,
позволяющий решать дифференциальные ураg_gby до 6 -го порядка.
Ученым была решена сложная техническая задача. Его интегратор с о-
держал более тысячи зубчатых колес, стойки с многочисленными пер е-
мычками и отверстиями для осей зубчатых колес занимали помещение
площадью около 60 м 2. Для того чтобы осущестblv с помощью этих
перемычек набор одной задачи оператор должен был затратить от н е-
скольких суток до нескольких недель . Тем не менее, интегратор И.С.
Брука по современной классификации можно отнести к аналоговым в ы-
числительным машинам.
И.С. Брук перuf u^\bgme и осущестbe идею созда ния малых
uqbkebl_evguofZrbg^eybkihevahания gZmqguoeZ[hjZlhjbyo.
В 1950 -51 гг. под его рукоh^klом была создана малая цифроZy
электронная машина (М -1) с хранимой  памяти программой, которая
содержала 730 электронных ламп (для сраg_gby  МЭСМ их было 6
тысяч). В этой машине вперu_[uebaZf_g_guакуумные диоды на п о-
лупроводникоu_ выпрямители; применена дmoZ^j_kgZy система к о-
манд; использоZgjmehggucl_e_lZcijZkkqblZggucgZi_qZlv^ebgghc
строки (до этого использоZekylhevdhe_glhqguck^ линой строки h д-
но число).
III. Научная школа Б.И. РамееZ (Пенза) отвечала за разработку
уни_jkZevghcW<Fh[s_]hgZagZq_gby.
Башир Искандарович Рамее пожалуй, самый мало упоминаемый
из k_o создателей uqbkebl_evguo машин, тем не менее его вклад в е-
лик. Он f_kl_ с И.С. Бруком разработал перuc проект электронной
цифроhc uqbkebl_evghc машины, был заместителем глаgh]h ко н-
структора перhc серийной ЭВМ «Стрела», перuf  стране сформул и-

33
роZe и реализоZe принцип программной и конструктиghc соf_kl и-
мости. По мимо этого он был глаguf конструктором уни_jkZevguo
ЭВМ, назZgguoMjZeZfb.

Рис. 14. Аlhjkdb_ сb^_l_evkl\Z
ЭЦВМ «Урал» (глаguc констру к-
тор − Б.И. Рамее)
Рис. 15. Аlhjkdh_ свидетельство
ЭВМ М -13 (разработана 1979 -1981
гг.)
Машины, разрабатыZ_fu_ Б.И. Рамееuf относились к перuf
трем поколениям ЭФМ. В сh_ j_fy они состаeyeb осноgmx часть
используемых в СССР уни_jkZevguoW<F.
IV . Научная школа В.М. Глушкова разраба тыZeZ цифровые а-
тома ты , систем ы проекти роZgbyW<Fl_hjbbb практики.
Виктора Михайловича ГлушкоZ интересоZeh несколько научных
напраe_gbc но k_ они относились к одной глобальной проблеме ко м-
пьютеризации и информатизации общестZ. Им была создана перZy в
мире «Энциклопедия кибернетики»,  которую hreb основные идеи
самого В.М. ГлушкоZ и его сподвижнико Ему принадлежала пионе р-
ская идея создания Общегосударст_gghc аlhfZlbabjhанной системы
упраe_gby экономикой страны (ОГАС), которая имела, как сторонн и-
ко так и протиgbdh. Международную известность получили работы

34
научной школы ГлушкоZ  области искусст_ggh]h интеллекта, основ
теории дискретных самоорганизующихся систем, повышения интелле к-
туальных hafh`ghkl_c робото тео рии распознавания образо и др.
В.М. Глушко одной из самых перспектиguo считал проблему постр о-
ения логико -математической модели разума, способного сущестhать
g_l_eZq_ehека…
Более практико -ориентироZggufb были его работы  области п о-
строения аlhf атизироZgguo систем упраe_gby различного назна че-
ния, большинстh из которых было реализоZgh В.М. Глушко одним
из первых, кто предлагал создание информационной базы, которая п о-
могала бы находить  bjlmZevghf пространст_ ответы на любой в о-
прос, пользо Zlvky библиотеками, базами данных и т.п. Фактически в
его работах описан тот интернет, которым привыкли пользоZlvky.

Помимо перечисленных выше основных типо ЭВМ,  России со-
здаZebkv специализироZggu_ uqbkebl_evgu_ машины. Например,
«Диана -1» и «Диан а-2» (В.С. Бурце 1952 -1955 гг.) были созданы сп е-
циально для аlhfZlbq_kdh]h съема данных с радиолокатороb аlhf а-
тического слежения за воздушными целями и т.п.
Важный deZ^  развитие мироhc вычислительной техники был
сделан и  области программироZgb я: разработку операторного метода
программироZgby FZl_fZlbq_kdbc институт АН СССР им. В.А. Сте к-
лоZ под рукоh^klом А.А. ЛяпуноZ и М.Р. Шура -Бура) и теорию ал-
горитмо и программироZgby (Институт кибернетики АН УССР под
рукоh^klом В.М. ГлушкоZ .
Каз алось бы, deZ^ русских ученых и конструкторо  решение
проблемы создания ЭВМ очеb^_g что же привело к потере _^msbo
позиций wlhch[eZklb ? ИсследоZl_ebwlhcijh[e_fu пришли к uy о-
ду, что все эти причины можно свести к трем группам:
1. Администратиgh -волеh_ решение поlhjblv американскую
систему IBM -360.
2. Разделение компьютерной промышленности на три части:
1) микроэлектронные компоненты (Мин. электронной пр о-
мышленности);
2) уни_jkZevgu_W<F FbgjZ^bhijhfure_gghklb ;
3) упраeyxsb_ ЭВМ (Мин. приборостроения, аlhfZlbdb и
систем упраe_gby .

35
3. Недооценка роли академической науки и ее отры от промы ш-
ленного производстZ.
В результате это разделение при_eh к утрате сyab между подра з-
делениями, неhafh`ghklvx aZbfhihfhsb  области элементной базы
и разобщению спец иалисто. Но наиболее сущест_gghc разумеется,
была перZy причина, так как k_ ресурсы страны были брошены на к о-
пирование американской системы IBM -360, а отечест_ggu_ проекты
(подчас более перспектиgu_ закрыты. Драгоценное j_fy было уп у-
щено…

36
3.3. А налогоu_bpbnjh\u_ычислительные машины
Вычислительные машины aZ\bkbfhklbhllh]hdZdbfb величин а-
ми предстаe_gZ  них информация, делят на аналогоu_ (АВМ) и ци ф-
ровые (ЦВМ). Используются и комбинироZggu_ аналого -цифроu_
машины.
1. В АВМ информация предстаey_lky непрерыghcnhjf_ b^_
меняющихся во j_f_gbnbabq_kdboеличин. АВМ состоит из операц и-
онных блоко каждый из которых выполняет одну математическую
операцию. Типоu_ uqbkebl_evgu_ блоки: множительные, суммиру ю-
щие, дифференцирующие, ин тегрирующие, делительные, логарифм и-
рующие и т.д.
В процессе работы любой АВМ лежит процесс математического
моделироZgby – это особая форма моделироZgby Задача моделиров а-
ния hkijhba\_klb яe_gb_ подобное оригиналу и исследоZlv его. М а-
тематическое моде лироZgb_hkghано на идентичности математических
ураg_gbchibkuающих яe_gby в оригинале и модели, которые отл и-
чаются по сh_c физической природе . Одинакоu_ по форме математ и-
ческие соотношения назыZxlky изоморфными. Математический из о-
морфизм различны х физических систем позволяет одни системы иссл е-
доZlvkihfhsvx^jm]bo.
2. ЦВМ оперируют цифровыми _ebqbgZfb принимающими ряд
дискретных численных значений, предстаe_ggufb  виде импульсо
или перепадо напряжений. В ЦВМ информация представляется  b^ е
соhdmighklb цифр  позиционной системе счисления (двоичной, дес я-
тичной, дhbqgh -десятичной). Наибольшее распространение получила
дhbqgZy система счисления. При дhbqgh -кодироZgghc форме пре д-
стаe_gby математической _ebqbgu имеет место лишь качест_gg ая
оценка соответствующей _ebqbgu – ее отсутствие или наличие  да н-
ный момент j_f_gbbeb данном месте пространстZDhebq_klенное
значение физической _ebqbgu при этом может изменяться  доhevgh
широких пределах, практически не ebyy на точность реше ния матем а-
тической задачи. Решение задачи сh^blky к uiheg_gbx отдельных
арифметических дейстbc над исходными числами. Точность работы
ЦВМ зависит hkghном от u[jZggh]hdhebq_klа разрядоihabpbh н-
ного кода, а не от класса точности изготоe_gby__hl^ ельных деталей.
Структурная схема ЦВМ предстаe_gZ на рисунке 1. Все ЦВМ с о-
держат пять основных устройств: 1) устройство \h^ZbgnhjfZpbb M< 

37
2) запоминающее устройство (ЗУ), 3) устройство упраe_gby (УУ), 4)
арифметико -логическое устройство (АЛУ), 5) ус тройстh uода и н-
формации (УВВ).
Процессы  машине реализуются  центральном процессоре, кот о-
рый dexqZ_l арифметико -логическое устройство и устройстh упра -
ления. Арифметико -логическое устройство предназначено для выполн е-
ния арифметических и логических операций над кодами чисел и команд.
В него входят логические схемы, сумматор, ряд регистро и элементы
упраe_gbyK помощью этих узло можно осущестeylv 4 арифметич е-
ских дейстby Устройство упраe_gby предназначено для обеспечения
аlhfZlbq_kdh]h выполн ения программы uqbke_gbc и имеет сyav со
k_fbmkljhcklами машины.


Рис. 1 6. Структурная схема ЦВМ

Устройство
ввода
(УВ )
Устройство
управления
(УУ )
Устройство
вывода
(УВВ )
Арифметико -
логическое
устройство
(АЛУ )
Запоминающее
устройство
(ЗУ )
Центральный
процессор (ЦП )

38
Глава 2. Логические осноuW<F
§ 4 . Элементы алгебры логики
При записи тех или иных логических ujZ`_gbcbkihevam_lkyki е-
циальный язык, который принят  математической логике. Осноhi о-
ложником математической логики яey_lky _ebdbc немецкий матем а-
тик Готфрид Вильгельм Лейбниц (16 46− 1716). Он сделал попытку п о-
строить уни_jkZevgucyaudkihfhsvxdhlhjh]hkihjuf_`^mex^vfb
можно было бы разрешать посредством uqbke_gbc На заложенном
Лейбницем фундаменте  XIX _d_ ирландский математик Джордж Буль
построил здание ноhcgZmdb – алгебры логики (БулеhcZe]_[ju) ,  ко-
торая  отличие от обычной алгебры оперирует не числами, а uk каз ы-
Zgbyfb. Это система обозначений и прав ил, которая может применят ь-
ся к k_озможным объектам от чисел и бук до предложений. Польз у-
ясь этой системой, Дж. Буль мог закодироZlv ukdZau\Zgby – утве р-
ждения, истинность или ложность которых требоZehkv дока зать, – с
помощью симheh\ сh_]h языка, а затем манипулироZlv ими подобно
тому, как  математике манипулируют обычными числами. Продолжил
эту работу американский логик Чарлз Сандерс Пирс (1867 ).
4.1. Основные операции Булевой алгебры
В булеhc алгебре используется дhbqgZy переменная , которая
может принимать значения «0» или «1», т.е.:
=1, если 0,
=0, если 1.
Основными операциями яeyxlky:
1) ин_jkby eh]bq_kdh_hljbpZgb_ – НЕ ,
2) дизъюнкция (логическое сложение) – ИЛИ ,
3) конъюнкция (логическое умножение) – И .
Логическую операцию, как и логическую функцию, можно задать с
помощью услоgh]h обозначения, таблицы истинности, аналитически, а
реализоZlvkihfhsvxdexq_ой или электронной схемы.
4.1.1. Базоu_eh]bq_kdb_nmgdpbb
1. Логический элемент «НЕ» – отрицание или ин_jkby .
Операция «НЕ» uihegy_lky над одной переменной и ее результ а-
том является логическое значение протиhiheh`gh_bkoh^ghfm x x x  x x 

39
Значение функц ии истинно  том случае, когда переменная
принимает значение «0».
Логическую функцию «НЕ» можно предстаblv:

а) аналитическим выражением: ;
б) таблицей истинности:

0 1
1 0

 услоgufh[hagZq_gb_f:



Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента
«НЕ » на ключах:


2. Логический элемент «ИЛИ» или дизъюнкция ( ; +)
Значение функции истинно  том случае, когда хотя бы одна п е-
ременная принимает зна чение «1».
Логическую функцию «ИЛИ» можно представить:

а) аналитическ им выражением : ;
б) таблиц ей истинности:
y x x y x y X Y X Y X 1
0 1  y ix 2 1 2 1 x x x x y    

40


0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

 услоguf обозначение м:



Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента
«ИЛИ» на ключах:


3. Логический элемент «И» или конъюнкция ( ; )
Значение функции истинно только  том случае, когда k_ пер е-
менные принимают значение «1».
Логическую функцию «И» можно предстаblv:

а) аналитическим выражением : ;
б) таблицей истинности:


0 0 0 2x 1x y 1 X 1
X 2
Y X 1
X 2
Y X 1
X 2
0
1
0
1   y ix 2 1 2 1 x x x x y     2x 1x y

41
0 1 0
1 0 0
1 1 1
 услоguf обозначение м:



Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента «И»
на ключах:


4.1.2. У ни_jkZevgu_eh]bq_kdb_nmgdpbb
Уни_jkZevgufb логическими устройстZfb с помощью кото рых
можно реализовать любую логическую операцию, яeyxlky логические
эле менты «ИЛИ НЕ» и «И НЕ» . Рассмотрим эти операции.
1. Логический элемент «ИЛИ НЕ» – стрелка Пирса
Логическую функцию «ИЛИ−НЕ» можно предстаblv:

а) аналитическим выражением : ;
б) таблицей истинности:


0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0 & X 1
X 2
Y X 1
X 2 X 1 X 2
0
1
0
1 2 1 2 1 x x x x y     2x 1x y

42

 mkehным обозначение м:



Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента
«ИЛИ−НЕ» на ключах:


2. Логический элемент «И НЕ» – штрих Шеффера
Логическую функцию «И−НЕ» можно предстаblv:

а) аналитическим выражением : ;
б) т аблицей истинности:


0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

 mkehным обозначение м:


X 1
X 2
Y
1 X 1
X 2
Y X 1
0 1
X 2
0 1 2 1 2 1 /x x x x y    2x 1x y & X 1
X 2
Y

X 1
X 2

43
Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента
«И−НЕ» на ключах:



4.1.3. Л огичес кая функция «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»
Логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» – неравнозна ч-
ность.
Эта операция дает hafh`ghklv сраgblv дZ одноразрядных дв о-
ичных числа и используется при построении арифметических устройст.
Логическую функцию « ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ » можно пр едст а-
blv:

а) аналитическим выражением : ;
б) т аблиц ей истинности:


0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

 mkehным обозначение м:



Покажем простейшую схему реализаци и логического элемента
«ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» на ключах:
X 1
0
1
X 2
0
1 2 1 2 2 2 1 x x x x x x y       2x 1x y X 1
X 2
Y
= 1 X 1
X 2
Y

44

Операция «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» широко используется при р е-
али зации схем сравнения – сумматора , uqblZl_ey и т.д.
4.2. ТождестZ Основные законы и соотношения Булеhc
ал гебры
4.2.1. ТождестZ
а) б)

 – дhcgh_hljbpZgb_  это есть отсутствие отрицания.

Докажем основные тождестZkihfhsvxlZ[ebpubklbgghklb


0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0
1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1

Задача 1. Перепишите тождестZ^ey^ух переменных.
Задача 2. Докажите тождество , используя таблицу
истинности .
4.2.2. П ринцип дhcklенности

Из сопостаe_gby операций дизъюнкции («ИЛИ») и конъюнкции
(«И») можно выявить следующую закономерность: операции «И» и
«ИЛИ» можно поменять местами, если значения « » поменять на « », X 1
0
1
X 2
0
1 1 x x
1 1 x
x x x
x 0 x
 
 
 
  0 x x
x 1 x
x x x
0 0 x
 
 
 
  x x y   x x 0 x x x 1x x x 0x x x 1x x x x 2 1 2 1 1 x x x x     2 1
2 1
x x y
x x y
 
  2 1
2 1
x x y
x x y
 
  1 0

45
значения « » − на « », а знак « » − на знак «·» и наоборот. Это сво й-
стhgZauается принципом дhcklенности.
Про_jbf справедлиhklv принципа дhcklенности с помощью
при_^_gguogb`_lZ[ebpbklbgghklb.

«ИЛИ»

0 0 0 1 1 1 1
0 1 1 0 1 0 0
1 0 1 0 0 1 0
1 1 1 0 0 0 0

«И»

0 0 0 1 1 1 1
0 1 0 1 1 0 1
1 0 0 1 0 1 1
1 1 1 0 0 0 0

4.2.3. Законы и праbeZ;me_\hcZe]_[ju
В алгебре логики используют следующие законы и соотношения.
Законы :
а) П ереместительный или коммутатиguc закон (устанаebает п е-
рестаноhqghklv переменных  операции) . Это праbeh спра_^eb\h
благодаря тому, что таблица истинности симметрична, т.е. и мо ж-
но поменять местами, получи при этом правильную таблицу истинн о-
сти. Запись закона
− для логического сложения ,
− для логического умножения ;
б) С очетательный или ассоциатиguc закон (переменные можно
группировать ex[hfihjy^d_dZd^eyhi_jZpbbBEBlZdb^eyhi е-
рации «И») . В математике скобки показыZxlgZ^dZdbfbi_j_f_ggufb
производят действие  перmx очередь. Это спра_^ebо и для булеhc
алгебры. Запись закона
− для логичес кого сложения ,
− для логического умножения ; 0 1  2x 1x y y 2x 1x 2 1 x x  2x 1x y y 2x 1x 2 1 x x  1x 2x 1 2 2 1 x x x x    1 2 2 1 x x x x     3 2 1 3 2 1 x x x x x x       3 2 1 3 2 1 x x x x x x     

46
 Р аспределительный или дистрибутиguc закон (допускает ug е-
сение общего множителя за скобки) . Запись закона
− для логического сложения ,
− для логического умножения ;
г) закон общей ин_jkbb ( праbeZ де Моргана) (спра_^eb\hklv
этого закона вытекает непосредств енно из принципа двойст_gghklb )
− для логического сложения (дополнение суммы равно прои з-
_^_gbx^hiheg_gbc ,
− для логического умножения (дополнение произведени я ра -
но сумме дополнений) .
Доказательство. Может быть предложено следующее доказател ь-
стh закона общей инверсии. Пусть и , тогда , а
, и, следовательно, . Тогда _jgh ujZ`_gb_
. Е сли и , то , , а
. И _jgh ujZ`_gb_ . Что и требовалось док а-
зать.
Более простое д оказательстh этого закона может быть сделано с
помощью таблицы истинности для дmoi_j_f_gguo


0 0 0 0 1 1
0 1 1 0 1 1
1 0 1 0 1 1
1 1 1 1 0 0

Задача 3. Докажите тождество �1+ �̅1�2 = �1+ �2.
Задача 4 . Докажите теорем у де Моргана для трех переменных
.
ПраbeZ :
д) правило поглощения
─ для логического сложения ,
─ для логического умножения
е) правило склеивания
─ для логического сложения
─ для логического умножения .   3 1 2 1 3 2 1 x x x x x x x         ) x x() x x( x x x 3 1 2 1 3 2 1       2 1 2 1 x x x x    2 1 2 1 x x x x    1 1 x 1 2 x 1 2 1  x x 0 2 1   x x 0 2 1  x x 2 1 2 1 x x x x    0 1 x 0 2 x 0 x x 2 1   1 x x 2 1   1 x x 2 1   2 1 2 1 x x x x    2x 1x 2 1 x x  2 1 x x  2 1 x x  2 1 x x  3 2 1 3 2 1 x x x x x x      1 2 1 1 x x x x      1 2 1 1 x x x x    2 2 1 2 1 x x x x x         2 2 1 2 1 x x x x x    

47
Примеры
1)




2) Покажем, что с пра_^eb\hklv закона де Моргана непосредст_ н-
но вытекает из принципа двойст_gghklb:
а)

б)

Задача 5. Используя тождестZbaZdhgu[me_ой алгебры, докаж и-
те свойстZ функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»:
а)
б)
 ^bkljb[mlbность относительно операции конъюнкции

г)
д)



е) «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ НЕ» (раghagZqghklv)

Задача 6. Рассмотрите реализацию осноguoeh]bq_kdbowe_f_glh
на уни_jkZevghfwe_f_gl_:
а) «И НЕ»,
б) «ИЛИ НЕ».
Решение
а) «И НЕ»

       3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y             3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y             3 1 2 1 x x x x y        3 1 2 1 x x x x y     2 1 2 1 x x y x x y      2 1 x x y   2 1 2 1 x x y x x y      2 1 x x y   1 2 2 1 x x x x    3 2 1 3 1 2 3 2 1 x x x x ) x x( ) x x( x         3 1 1 2 3 2 1 x x x x ) x x( x     ) x x( ) x x( x x x x x x 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1        1 1 x 0 x   1 1 x 1 x   0 x x 1 1   1 x x 1 1      2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 x x x x x x x x x x x x x x y              & X 1
X 2
Y

48

1) «НЕ»


2) «И»


3) «ИЛИ»



4) «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» .
Используя данную функцию и схемы пп. 2) и 3), построим «И С-
КЛ ЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» на элементах «И− НЕ» . x y  НЕ
X Y = X
& 2 1 x x y   X 1
X 2
& &
Y 2 1 x x y   2 1 2 1 2 1 x x x x x x y       Y
X 1
X 2
&
&
& 2 1 2 1 x x x x y    

49

.

В результате получаем следующую схему.

Задача 7 . Докажите, что приведенная схема экbалентна ра ссмо т-
ренной выше .
& & &
& & &
X 1 X 2
&
&
&     2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 x x x x x x x x x x x x y             &
&
X 1 X 2
&
&
& &
X 1 X 2
&
&
&
0
1
1

50
б) «ИЛИ НЕ»
1) «НЕ»


2) «И»


3) «ИЛИ»



4) «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» x y  X Y = X
1 2 1 x x y   Y
1
1
1
X 1
X 2 2 1 x x y   2 1 2 1 2 1 x x x x x x y       1 1 X 1
X 2 2 1 2 1 x x x x y    

51

Задача 8 . Докажите, что схема п. 4 , uihegy_l операцию «И С-
КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» .
X 1 X 2
y
1
1
1 1 1

52
4.3 . Составление логической функции по таблице
истинности
В_^_fjy^ihgylbc:
1) элементарная конъюнкция  минтерм принимает единичные
значения только при одном из k_o hafh`guo наборо входных пер е-
менных
;
2) элементарная дизъюнкция  макстерм принимает нулеu_ зн а-
чения только при одном из k_o hafh`guo наборо oh^guo переме н-
ных
;
3) если логическая функция предстаe_gZ дизъюнкцией, конъюн к-
цией , ин _jkb_c , то такая форма предстаe_gbygZauается нормальной.
4) дизъюнктиgZy нормальная форма  это сумма минтермо
;
5) конъюнктиgZy нормаль ная форма  это произведение максте р-
мо ;
6) с о_jr_ggZy^batxgdlbная нормальная форма (СДНФ)
 нет дmoh^bgZdh\uowe_f_glZjguodhgtxgdpbc;
 элементарная конъюнкция не содержит дmo одинаковых пер е-
менных;
 элементарная конъюнкция не содержит переменную f_kl_ с ее
ин_jkb_c;
 k_we_f_glZjgu_dhgtxgdpbbbf_xlh^bgblhl`_jZg].
;
7) со_jr_ggZydhgtxgdlbная нормальная форма (СКНФ)
 нет дmoh^bgZdh\uowe_f_glZjguo^batxgdpbc;
 элементарная дизъюнкция не содержит дmo одинаковых пер е-
менных;
 элементарная дизъюнкция не содержит переменную f_kl_ с ее
ин_jkb_c;
 k_we_f_glZjgu_^batxgdpbbbf_xlh^bgblhl`_jZg] .
В алгебре логики строго доказывается, что любая логическая фун к-
ция, кроме функции тождест_ggh равной нулю, может быть предста -) x x( ) x x x( ) x x x( y 3 1 3 2 1 3 2 1              3 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x y         3 2 1 2 1 x x x x x минтермов y           3 2 1 2 1 x x x x x макстермов y        3 2 1 3 2 1 3 2 1
3 2 1 3 3 2 1 3 2 1 2 1 ) (
x x x x x x x x x
x x x x x x x x x x x x y
        
            

53
лена  СДНФ, и любая логическая функция , кроме функции тожд е-
ст_gghjZн ой единице, может быть предстаe_gZ\KDGN.
Составим логическую функцию по таблице истинности .
Пусть таблицей истинности задана некоторая логическая функция.


0 0 0 0 +
0 0 1 0 +
0 1 0 0 +
0 1 1 1 *
1 0 0 0 +
1 0 1 1 *
1 1 0 1 *
1 1 1 1 *

Запишем эту функцию  со_jr_gghc дизъюнктивной нормальной
форме (СДНФ) и со_jr_gghc конъюнктиghc нормальной форме
(СКНФ) .
а) СДНФ (*)

б) СКНФ (+)



3x 2x 1x y 3 2 3 2 3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x y                 ) x x x( ) x x x( ) x x x( ) x x x( y 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1             ) x x x( ) x x x( ) x x x( ) x x x( y 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1             3 2 3 2 3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x y         3 2 x x y   

54
§ 5 . Минимизация логических функций
ПреобразоZgb_eh]bq_kdbonmgdpbckp_evxmijhs_gbyboZgZe и-
тического представления назыZ_lky минимизацией логических фун к-
ций. Существует дZ метода минимизации логических функций: анал и-
тический и графический.
5.1. Аналитический метод
ПреобразоZgb_ логической функции производится непосредст_ н-
но на осно_aZdhgh и соотношений булеhcZe]_[ju.
При_^_f несколько наиболее часто используемых методо алге б-
раической минимизации.
1. При_^_gb_ выражения в каноническую фо рму с последующим
упрощением.
Пример.
1) При_^_gb_ddZghgbq_kdhfm\b^m:
�1�̅2+ �1�2�̅3+ �̅1�2�̅3+ �̅1�2�3 = �1�̅2(���+ ��̅�)+ �1�2�̅3+ �̅1�2�̅3
+ �̅1�2�3 = �1�̅2���+ �1�̅2��̅�+ �1�2�̅3+ �̅1�2�̅3+ �̅1�2�3
(обратите внимание, что помимо при_^_gbyd каноническому b^m[ ы-
ло использовано тождество � + � = 1).
2) Упрощение аналитического выражения:
�1�̅2���+ �1�̅2��̅�+ �1�2�̅3+ �̅1�2�̅3+ �̅1�2�3+ �����̅���̅� = �1�̅2(�3+ �̅3)
+ �1�̅3(�2+ �̅2)+ �̅1�2(�3+ �̅3)= �1�̅2+ �1�̅3+ �̅1�2
(обратите внимание, что было использоZgh тождество � + � = � и д о-
баe_ghh^ghkeZ]Z_fh_bam`_bf_xsboky ujZ`_gbb .
2. ИспользоZgb_l_hj_fu^_Fhj]ZgZ.
Этот метод наиболее эффекти_g  тех случаях, когда приходится
иметь дело со сложными функциями, de ючающими многоуровневые
ин_jkbb Многократное применение теоремы де Моргана позволяет
значительно уменьшить число уроg_c.
Пример.
(�1+ �2)(�2�3 ̅̅̅̅̅̅+ �2�̅3+ �1�2) ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅= (�1+ �2 ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅)+ (�2�3 ̅̅̅̅̅̅+ �2�̅3+ �1�2 ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅)
= �̅1�̅2+ �2�3 ̅̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅∙�2�̅3 ̅̅̅̅̅̅∙�1�2 ̅̅̅̅̅̅
= �̅1�̅2+ �2�3∙(�̅2+ �3)∙(�̅1+ �̅2)= �̅1�̅2+ �̅1�2�3
= �̅1(�̅2+ �2�3)
3. ГруппироdZqe_gh с последующим применением тождест.

55
Метод заключается  применении закона ассоциатиghklb для пр а-
bevghc группировки члено после чего к полученному ujZ`_gbx
применяются известное тождество � + 1 = 1.
Пример.
�1+ �1�̅3+ �1�2�3 = �1(1 + �̅3+ �2�3)= �1.
Существуют еще дZlh`^_kl\Zdhlhju_fh]ml[ulvhq_gvihe_agu
для задач алгебраической минимизации.
1) �1+ �̅1�2 = �1+ �2;
2) �1�2+ �̅1�3+ �2�3 = �1�2+ �̅1�3 (так назыZ_fZy теорема о н е-
противоречиhklb  Тожд естh может быть доказано с помощью табл и-
цы истинности.
Пример. Упростите выражение
� = �1�2�3+ �̅1�4�5+ �2�3�4�5
используя теорему о непротиhj_qb\hklb
� = �1������+ �̅1������+ ������������ = �1�2�3+ �̅1�4�5.
Задача 9 . Пусть некоторая логическая задача задана таблицей и с-
тинности:

0 0 0 1
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 0

Составим по таблице истинности логическую функцию и упростим
ее:
СДНФ : – при

СК НФ : – при

3x 2x 1x y   минтермов y 1 y    
  3 2 2 3
1 1 3 2 1 1 3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1
x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x y
  
          макстермов y 0y ) ( ) ( ) ( ) ( 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y             3 2 1 2 1 2 1 2 1 3 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 ) ( x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x y         

56
5.2 . Графический метод  карты Карно (1953)
ПреобразоZgb_ логической функции производится на осно_ гра-
фическо го предстаe_gb я таблиц истинности , т.е. с помощью к арты
Карно . Она имеет ячейки для k_o\hafh`guofbgl_jfh функции .
ПраbeZihkljh_gbydZjluDZjgh:
1) логическую функцию необходимо предстаblv СДНФ;
2) dZjl_DZjgh содержится кZ^jZlh, где – число переменных
^Zgghcnmgdpbb;
3)  каждом кZ^jZl_ карты Карно переменные ( ) соединены оп е-
рацией конъюнкции, а кZ^jZlu соединены операцией дизъюн к-
ции;
4) каждый кZ^jZl отличается от любого соседнего только на одну
переменную;
5) соседние квадраты можно сгруппироZlv для исключения одной
переменной;
6) с целью исключения 1, 2, 3 -х, … переменных одна и та же единица
может участhать g_kdhevdboh[t_^bg_gbyo;
7) допускается иметь несколько объединений, при этом необходимо
охZlblv наибольшее число кZ^jZlh\ ( );  перекрыZxsboky
объединениях хотя бы один кZ^jZl^he`_g[ulvghым;
8) карта Карно заполняется единицами «1», соответствующими ка ж-
дому слагаемому в заданной логической функции;
9) карта Карно изображается на плоскости, но  дейстbl_evghklb
она имеет тороидальную форму, и э то необходимо учитывать при
объединении кZ^jZlh;
10) чтобы записать минимизироZggmx функцию, необходимо сгру п-
пировать k_ hafh`gu_ кZ^jZlu ( ), содержащие «1», искл ю-
чить соответствующие переменные и объединить группы операц и-
ей дизъюнкции.
Задача 10 . Дана функция .
Не обходимо минимизироZlv функцию с помощью карты Карно.




1 0 0 1  ix f y  n2 n ix n2 n2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     3 2x x 1x 3 2x x 3 2x x 3 2x x 3 2x x 1x

57
1 1 0 0
.
Задача 11 . Постройте логическую схему для сраg_gby двух дву х-
разрядных двоичных слов: и (цифровой компар а-
тор) и про_jvl_ ее дейстb_ihlZ[ebp_bklbgghklb.
Решение
1) зададим кодироZgb__keb (слоZh^bgZdh\u_ lh ,
если (слоZjZagu_ lh ;
2) построим таблицу истинности:

0 0 0 0 0
0 0 0 1 1
0 0 1 0 1
0 0 1 1 1
0 1 0 0 1
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
0 1 1 1 1
1 0 0 0 1
1 0 0 1 1
1 0 1 0 0
1 0 1 1 1
1 1 0 0 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0
Составим логическую функцию:
+ + + + + +
+ + + + + + .
3) состаbfdZjlmDZjgh



0 1 1 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 0 1x 2 1 3 1 x x x x y   ) x (x А 2 1,  ) x (x B 4 3,  B A  0 y B A  1 y 4x 3x 2x 1x y  y 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3 2 1 x x x x 4 3x x 2 1x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x

58
Используя правила построения карт Карно, объединим единицы,
стоящие рядом (по четыре).
4) запишем минимизироZggmxnmgdpbx :
.
5) построим логическую схему :

Изменим кодироZgb_ , т.е. если (слоZh^bgZdhые), то ,
если (слоZjZagu_ lh .
Карта Карно при данном кодироZgbbbf__l\b^:




1
1
1
1


Задача 12 . Реализуйте логическ ие операци и:
а) мажоритарность: uoh^ghc сигнал ра_g тогда и только тогда,
когда большинство oh^guokb]gZeh раgu_^bgbp_( n = 3; 4);
б) логический порог: uoh^ghc сигнал ра_glh]^Zblhevdhlh]^Z
когда 2 или боле е входных сигналоjZны единице (n = 3; 4);
 контроль четности: uoh^ghc сигнал ра_g 1, если на входе н е-
четное число единиц ( n = 3; 4).    4 2 3 1 3 1 3 1 4 2 4 2 x x x x x x x x x x x x y         X 1 X 2
=1
y
=1
1
X 3 X 4 B A  1 y B A  0 y 4 3x x 2 1x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x    
   3 1 4 2
3 1 4 2 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1
x x x x
x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x y
   
        

59
Примечание. Карта Карно, как праbeh применяется для решения
задач с количеством переменных не более четырех. При большем
числе переменных построение карты Карно сильно усложняется.
При_^_fijbf_j__ihkljh_gby^ey n = 5.











Задача 13 . В корид оре при ос_s_gbb используется три udexq а-
теля, каждый из которых может dexqZlv и udexqZlv с_l при любом
положении остальных.
Спроектируйте данное устройство dexq_gby и udexq_gby осв е-
щения .
Решение
а) n=3
Составим таблицу истинности и запишем логическую функцию


0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
.
Минимизируем функцию с помощью карты Карно



0 1 0 1
1 0 1 0 5x 4x 3x 3x 5 4 3 x x x 2 1x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 5 4 3 x x x 2 1x x 1x 2 1x x 2x 2 1x x 2 1x x 3x 2x 1x y 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     3 2x x 1x 3 2x x 3 2x x 3 2x x 3 2x x 1x 1x

60
.
Построим логическую схему

б) Спроектируйте аналогичное устройство на четырех выключат е-
лях
Ответ:



1 1
1 1
1 1
1 1

Задача 14 . Спроектируйте устройство dexq_gby и udexq_gby
звукоh]h сигнала переключением одного из дmo ключей, незаbkbfh
от состояния другого ключа.
Ответ:
а) = б) =

0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0


0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

3 2 1 3 2 1 3 2 1 ) ( ) ( x x x x x x x x x y        X 1 X 2
=1
y =1
X 3 4 3x x 2 1x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 4 3x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x 2 1x x 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1
2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3
x x x x ) x x )( x x( ) x x )( x x(
) x x( x x ) x x( x x ) x x( x x ) x x( x x y
         
         2 1 x x y   2 1 x x y   2x 1x y 2x 1x y

61
Задачи для самостоятельного решения
Задача 15 . Комитет состоит из трех чело_d и принимает решения
простым большинстhf]hehkh.
Постройте схему машины голосоZgby^eywlh]hdhfbl_lZlZdql о-
бы в случае принятия решения загоралась лампочка.
Задача 16 . В точках 1, 2, 3, 4 некоторой конструкции устаноe_gu
термодатчики , фиксирующие превышение температуры над
устаноe_ggufb уроgyfb Деформация ее может наступить при одн о-
j_f_gghfi_j_]j_\_ точках: а) 4, 3; б) 3, 2, 1. Другие соче тания пер е-
греZg_hiZkguIjbgZklmie_gbbhiZkghckblmZpbb^he`_g[ulvih^Zg
сигнал тревоги.
Постройте схему устройстZ\dexqZxs_]hkb]gZelj_\h]b.
Задача 17 . Производст_gguc цикл аlhfZlZ по u^ZлиZgbx
пластмассы может быть dexq_g только при uiheg ении следующих
услоbc:
1) режим выдаebания включен;
2) датчик уроgy показыZ_l достаточное количество
пластмассы в баке;
3) термодатчик показыZ_l температуру достаточную для
плаe_gbyieZklfZkku;
4) режим цикла очистки не запущен;
5) аварийные датчики не показыZxlkhklhygbyZ\Zjbb.
Для запуска цикла очистки необходимо uiheg_gb_ следующих
услоbc:
1) режим цикла очистки запущен;
2) режим выдаebания выключен;
3) датчик уроgyihdZauает отсутствие пластмассы в баке;
4) состояние термодатчика несущест_ggh;
5) аварийные датчики не показыZxlkhklhygbyZ\Zjbb.
Про_jdZ названных услоbc должна происходить с помощью л о-
гической схемы. Искомая схема имеет oh^gu_ переменные �1, �2, �3,
�4, �5 и выходные переменные �1, �2.
Схема работает по принципу блокировки, т.е. определенные раб о-
чие режимы становятся допустимыми только при uiheg_gbb опред е-
ленных услоbc i_j_qbke_gguo\ur_ . 4 3 2 1 x x x x , , ,

62
Предложите максимально простую схему, удоe_lоряющую оп и-
санному ur_ техническому заданию. Схема должна быть реал изоZgZ
на элементах «И -НЕ».
Задача 18 . Четыре радара передают  цифроmx схему логические
сигналы �1, �2, �3, �4, которые могут быть раgubeb.
Перечислим функции каждой из переменных:
1) x1 = 1, если радар фиксирует самолет;
2) x2 = 1, если самолет л етит по напраe_gbxdjZ^ZjZfgZыс о-
те не менее 2000 м;
3) x3 = 0, если курс самолета меняется  течение интервала j е-
мени ∆t (радар фиксирует изменение курса);
4) x4 = 1, если еще один самолет e_lZ_l  ha^mrgh_ простра н-
стh.
Схема должна работать таким обр азом, чтобы на ее uoh^_ поя -
лялся сигнал равный 1 ke_^mxsbokemqZyo
1) зафиксироZgkZfhe_ldhlhjuce_lbldjZ^ZjZfgZ\ukhl_f е-
нее 2000 м с неизменным курсом, а  зоне действия радаров
больше самолетоg_gZ[ex^Z_lky;
2) радар фиксирует самолет, летящий на ukhl_ более 2000 м, с
неизменным в течение ∆t курсом, но в зоне дейстbywlhlkZfhe_l
неединст_gguc.
Предложите максимально простую схему, удоe_lоряющую оп и-
санному ur_ техническому заданию. Схема должна быть реал изоZgZ
на элементах «ИЛИ -НЕ».
Задача 19 . Необходимо разработать схему работы трех с_lhnhjh\
на T-образном перекрестке.
Схема должна работать таким образом, чтобы uihegyebkv след у-
ющие услоby:
1) светофор 1 зеленый, когда машины дb`mlkyijyfhbgZe_о;
2) с_lhnhj 2 зеленый, когда машины дb`mlky налево и напр а-
h;
3) светофор 3 зеленый, когда машины дb`mlkyijyfhbgZijZ\h.
С_lhnhjug_fh]ml^Zать зеленый свет одноj_f_ggh.
Предложите максимально простую схему, удоe_lоряющую оп и-
санному выше техничес кому заданию.

63
ГЛАВА 3. Э ЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦИФРО ВЫХ УСТРОЙСТВ
§ 7 . Арифметические устройства
Одной из осноguo операций  дhbqghc системе счисления яв ля-
ется операция сложения, любая арифметическая операция  uqbke и-
тельной машине реализуется на осно_keh`_ ния.

7.1. Сумматоры
7.1. 1. Полусумматор
Полусумматор (half adder) . Сложение дmo дhbqguo разрядо ос у-
щестey_lky  полусумматоре, который имеет дZ входа и и дZ
uoh^Z  сумма и перенос в старший разряд .

а) Условное обозначение


б) Таблица истинности
Входы = Выходы =
= = = =
M= M= M= M=
M= N= N= M=
N= M= N= M=
N= N= M= N=
=
Сумматор
Одноразрядный Многоразрядный
Параллельный Последовательный 1x 2x  P HS
S
P
Σ
P
X 1
X 2 2x 1x  P

64
) Логические функции для полусумматора имеют b^:
,


Задача 20 . Докажите ра_gklо .
Ре шение
Добаbfde_ой части ураg_gby дZkeZ]Z_fuo и . Тогда
имеем

Построим эту логическую функцию с использоZgb_f операций
«И», «ИЛИ», «НЕ»

2 1 2 1 2 1 x x x x x x      2 1x x P  X 1 X 2
=1
&
Σ
Р 2 1 2 1 2 1 2 1 x x) x x( x x x x      1 1x x 2 2x x 2 1 2 1 2 1 2 1
2 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1
x x) x x( ) x x )( x x(
) x x( x ) x x( x x x x x x x x x x x x x
    
            1
X 1 X 2
&
& Σ

65
7.1.2. Полный сумматор
Полный сумматор о бычно строится на дmo полусумматорах . При
этом  каждом разряде требуется uihegblv сложение трех дhbqguo
цифр: цифры данного разряда первого слагаемого , цифры этого же
разряда lhjh]h слагаемого и цифры переноса из соседнего мла д-
шего разряда.

а) Условное обозначение полного сумматора


б) Таблица истинности полного сумматора

Входы = Выходы =
= = = = =
M= M= M= M= M=
M= M= N= N= M=
M= N= M= N= M=
M= N= N= M= N=
N= M= M= N= M=
N= M= N= M= N=
N= N= M= M= N=
N= N= N= N= N=
=
 Логические функции для сумматора имеют b^:
(*)

Построим логическую схему полного сумматора с использоZgb_f
операции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»
1x 2x iP SM S
P
Σ
P i+1
P 1
X 2
X 1 iP 2x 1x  1iP ) (
) ( ) (
2 1
2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1
x x P
x x P x x P x x P x x P x x P x x P
i
i i i i i i
  
          i 1 i 2 2 1 2 1 i 2 1
2 1 i i i 2 1 2 1 i 2 1 i 2 1 i 2 1 i 1i
P x P x x x ) x x( P x x
) x x( P ) P P( x x x x P x x P x x P x x P P
     
         

66

Задача 21 . Задана логическая схема полного сумматора на базоuo
элементах.

По данной схеме запишите логические функции для суммы и пер е-
носа и при_^bl_bodиду (*, с. 66 ).
X 1 X 2
=1
1
&
&
=1
Рi
Р
Σ
i+1 &
&
X 1 X 2
&
P
&
1
1
& 1
P i+1
Σ

67
7.1. 3. ПоследоZl_evgu й сумматор
Сложение многоразрядных чисел осущестey_lky с помощью одн о-
разрядных сумматоро При этом в зависимости от ввода -uода чисел и
организации переносоjZaebqZxlkmffZlhjuiZjZee_evgh]hbihke_^ о-
Zl_evgh]hijbgpbiZ^_cklия.
Сложение дmolj_ojZajy^guo^\hbqguoqbk_e  последоZl_evghf
сумматоре




Сумматоры могут использоZlvky для uqblZgby двоичных чисел:
операция вычитания заменяется сложением уменьшаемого с uqblZ е-
мым, предстаe_gguf\^hihegbl_evghfdh^_
.
Предстаe_gb_ отрицательного числа  дополнительном коде пол у-
чается ин_jlbjhанием всех его битов и добаe_gb_f_^bgbpu. SM S
P
Σ
P i+1
P 1
A
B
SM S
P
Σ
P i+1
P 1
A
B
SM S
P
Σ
P i+1
P 1
A
B
A 0
B 0
A 1
A 2
B 1
B 2 4 2 1 80 1 2
0 1 2
B B B
A A A
 )1 (       обр пр доп пр пр пр В А В А В А

68
Рассмотрим пример:
1) процедура вычитания ^_kylbqghckbkl_f_

2) процедура вычитания ^\hbqghckbkl_f_



7.2 . Вычитатели
7.2 .1. ПолуuqblZl_ev
Вычитание дmo двоичных разрядо осущестey_lky  полуuqbl а-
теле, который имеет дZхода и , и дZыхода – разность и з а-
ем из старшего разряда .


На рисунке изображен полуuqblZl_ev^eykemqZy





Входы Выходы

0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 1 1
1 0 1 1 1 0
1 1 0 0 0 0
5
5
0 1 1 0 1 0
1 0 1 0
0 1 0 1 1
В доп .1 0 1 0
1
0 1 0 1
0 1 0 1 2x i D 0B X 1 X 2
=1
&
D
B 0 2 1 x x  2 1 2 1 x x D D    2 1
1
0 x x B   2x x B 1
2
0   1x 2x 1D 1
0B 2 D 2
0B 1 2 x x  2 1 x x  1x

69
Зада ча 22 . Постройте полуuqblZl_evgZ[Zah\uowe_f_glZo .

7.2 .2. Вычитатель
Полный вычитатель строится на дmoihemычитателях.

Входы = Выходы =
= = = = =
M= M= M= M= M=
M= M= N= N= N=
M= N= M= N= N=
M= N= N= M= N=
N= M= M= N= M=
N= M= N= M= M=
N= N= M= M= M=
N= N= N= N= N=
= разн. = заем =
=
=
=
1
X 1X 2
&
D
B i
& 2x iB i D 0B 0 2 1 B x x   )) ( (
) (
0 2 1
0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2
B x x
B x x B x x B x x B x x B x x D i i
  
        0 2 0 1 2 1
2 1 2 1 0 0 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 1 i
B x B x x x
x x ) x x( B B x x B x x B x x B x x B
  
        1x

70


=1
&
&
1
D i
B i
B 0 x2 x1
=1

71
§ 8 . Узлы цифроhcwe_dljhgbdb
8.1. Шифратор
Шифратор (кодер CD ) преобразует одиночный сигнал  n-
разрядный дhbqgucdh^  .
На пульте 10 клавишей ( ); при нажатии любой из них на oh^
шифратора подается единичный сигнал ( ). При этом на uoh^_
пояey_lky^оичный код этого десятичного числа.

0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1






По строим схему шифратора на базоhf
элементе «ИЛИ». =
=
=9 0  9 0 x x  ) , , , ( 4 3 1 y y y y 2 x 4y 3y 2y 1y 9 7 5 3 1 9 7 5 3 1 1 x x x x x x x x x x y           7 6 3 2 7 6 3 2 2 x x x x x x x x y         7 6 5 4 7 6 5 4 3 x x x x x x x x y         9 8 9 8 4 x x x x y     0
1
2 1 3 5 4 6 8 7 9
y 1
1
y 2
1
y 3
1
y 4

72
Задача 23 .
Постройте шифратор на элементах «ИЛИ НЕ» . Шифратор имеет
ин_jkgu_\uoh^u.
Задача 2 4. Постройте шифратор на элементах «И НЕ» . Шифратор
имеет ин_jkgu_\oh^u.
8.2 . Дешифратор
Дешифратор (декодер DC )  преобраз у-
ет поступающий на oh^u код  сигнал
только на одном из ее выходов ( переh^bl
дhbqguc код  унитарный). Для каждой
hafh`ghc дhbqghc комбинации на oh^_
DC актиbabjm_l k_]h один выход. Испол ь-
зуется, например, для определ ения «адр е-
соfh^me_ciZfylb.
Если количе стhjZajy^h дешифруемого кода , то число выходов
 ( ).
Рассмотрим полный дешифратор с ( ) с прямыми вых о-
дами, т.е. на активируемом uoh^_ уро_gv логической единицы  де-
шифратор по единицам . На трех oh^Zofh`_l[ulvосемь комбинаций
сигнало Такой дешифратор назыв ают «дешифратор из 3 линий  8».
Выходы дешифратора работают обычно  режиме с активным низким
уроg_f.

Входы = Выходы =
= = = = = = = = = = =
M= M= M= N= = = = = = = =
M= M= N= = N= = = = = = =
M= N= M= = = N= = = = = =
M= N= N= = = = N= = = = =
N= M= M= = = = = N= = = =
N= M= N= = = = = = N= = =
N= N= M= = = = = = = N= =
N= N= N= = = = = = = = N=
=n n2 n m 2  3  n 8  m 2x 1x 0x 0y 1y 2y 3y 4y 5y 6y 7y DC 0
1
2
3
4
5
6
7
x 0
x 2
x 1
y 0
y 1
y 7

73










Задачи для самостоятельного решения
Задача 25 . Одним из распространенных применений дешифратора
яey_lky упраe_gb_jZ[hlhck_fbk_]f_glgh]hbg^dZlhjZ lZ[ehqZkh в
метро, табло на стадионах и т.п.). Семисегментный индикатор использ у-
ется, как правило, д ля отображения десятичных цифр. Изображ ение с е-
мисегментного индикатора и название его сегме н-
тоijbе дено на р исунке .
Для изображения на таком индикаторе цифры
«0» достаточно зажечь сегменты a, b, c, d, e, f . Для
изображения цифры «1» зажигают сегменты b и c.
Точно таким же образом можно получить изобр а-
жения k_o остальных десятичных цифр. Все ко м-
бинации таких изображений получили название
семисегментного кода.
1) Состаvl_ таблицу истинности дешифратора, который позволит
преобразовыZlv двоичный код  семисегментный. Пусть сегменты з а-
жига ются нулеuf потенциалом. Конкретное значение сигналов на в ы-
ходе дешифратора заbkblhl схемы подключения сегментоbg^bdZlhjZ
к uoh^mfbdjhko_fu. 0 1 2 0 x x x y    0 1 2 1 x x x y    0 1 2 2 x x x y    0 1 2 3 x x x y    0 1 2 4 x x x y    0 1 2 5 x x x y    0 1 2 6 x x x y    0 1 2 7 x x x y    y 0
&
y 1
&
x 0 x 0 x 1 x 1 x 2 x 2
x 2
x 1
x 0

74
Постройте принципиальную схему семисегментного дешифратора.
2) Измените кодироZgb_bj_rbl_aZ^Zqm^ey этого случая.
Задача 26. Предположим, необходимо активироZlv модуль пам я-
ти, адрес которого 100. Какой в этом случае будет использоZgыход?
Задача 2 7. Предположим, необходимо реализоZlv следующую л о-
гическую функцию: . Реализуйте фу нкцию с
использоZgb_f^_rbnjZlhjZ.
Задача 28. Состаvl_ko_fmnjZ]f_glZ4 -oh^gh]h^_rbnjZlhjZgZ
uoh^_ которого должен устанаebаться логический «0» при oh^ghf
коде 1011.
Задача 29. На базе дешифратора реализуйте логическую функцию:
.
Задача 30 . Состаvl_ фрагмент шифратора, на uoh^Zo которого
должен устанаebаться код 1001 при актиZpbbaZ^Zggh]hхода.
Задача 31 . Состаvl_ схему,  которой uoh^ № 4 3 -входоh]h д е-
шифратора активируется oh^gufdh^hf.
8.3 . Мультиплексор
Мультиплексор (цифроhc ком мут атор)
 устройстh которое ос ущестey_l u[hjdm
одного из нескольких oh^h и подключает
его к своему u ходу, т.е. это функциональный
узел , обеспечиZxsbc перед ачу цифроhc
информации, которая поступает по нескол ь-
ким
oh д-
ным линиям связи, на одну в ы-
хо дную линию. Выбор входной
линии, инфо рмация с которой
поступает на uoh^ осущест -
ляется при помощи си гнало
поступающих на адресные вх о-
ды.
 информационные си г-
нал ы,  адресные o о-3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x y    3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     ) ... ( 0 nx x ) ... ( 0 ma a MX x0
x1
x2
Xn
a0
a1
n
m
y ... Коммутатор
Входная логика
MUX
x 0
x n
a 0
a m
E
y

75
ды,  защитный сигнал (стабилизирующий oh^ дополнительный
упраeyxsbc вход): информация ( ) передается только при нал и-
чии единичного сигнала .
Условная запись мультиплексора : , где  число информ а-
ционных oh^h,  число адресных входо<iheghffmevlbie_dkhj_
.
Мультиплексор, имеющий hk_fv входов и один uoh^ данных,
назыZ_lkyk_e_dlhjhf^Zgguobebfmevlbie_dkhjhfbaebgbc\.

1) Построим мультиплексор на два входа .
Рассмотрим мультиплексор с .
Таблица истинности








Аналитическое uj а-
жение

2) Построим мультиплексор на 4 входа .
Рассмотрим мультиплексор с .
Таблица истинности и аналитическое выражение:

0 0
0 1
1 0
1 1




Дешифратор яey_lkykhklZной частью мультиплексора.

0
1 E y xi E )1 (  n n m m n 2  )1 2(  1 m  ) ( 1 0 ax xa y   )1 4(  2  m 0a 1a y 0x 1x 2x 3x 3 0 1 2 0 1 1 0 1 0 0 1 x a a x a a x a a x a a y     a y 0x 1x &
&
y
MUX (2  1) x0
x1
a

76

3) Для реализации uoh^ghc функции используется п ир а-
мидальное каскадироZgb_fmevlbie_dkhjh . &
&
x0
x1
&
&
x2
x3
y
a 0
a 1 )1 16(  )1 4( 

77

8.4. Демультиплексор
Демультиплексор  функциональный узел, обеспечиZxsbc пер е-
дачу цифроhc информации, поступающей на единичный oh^ (или по
одной линии ), на н есколько uoh^guo линий. Выбор uoh^ghc линии ,
на которую поступает информация, осущестey_lky при помощи сигн а-
лоihklmiZxsbogZZ^j_kgu_\oh^u.
Демультипле ксор  устройство,  кот ором сигналы с одного и н-
формационного oh^ZihklmiZxl жела емой последоZl_evghklbihg е-
скольким uoh^Zf  зав исимости от кода на адре сных шинах (ДМХ)
 полный демультиплексор , где  oh^u .
Условная запись: ,  число выходо.
Условное обозначение MUX
0
MUX
1
MUX
2
MUX
3
MUX
4 y
a 2 a 3
a 0 a 1
x0
x1
x2
x3
x4
x7
x8
x11
x12
x15 m n 2  m ) 1( n  n

78














Рассмотрим простейший демультиплексор . В этом случае
 один адресный вход и n = 2.
Таблица истинности




Аналитическое выражение ; .
Логическая схема устройстZ.



0 0 0 0 0
0 1 0 0 0
1 0 0 0 0
1 1 0 0 0





0 0
1 0 )2 1(  1 m x a y 0 0 x a y 0 1 &
&
x
y0
y1
a 0 1a 0a 3y 2y 1y 0y x x x x   1 0 1 0 0 a a x a a x y         1 0 1 0 1 a a x a a x y         1 0 1 0 2 a a x a a x y         1 0 1 0 3 a a x a a x y       a 1y 0y x x Коммутатор
Входная логика
DMX
x
a 0
a m
E
y 0
y 1

79
Задача 32 . Постройте демультиплексор на четыре выхода ( ,
) на элементах «И» .
Решение.

Задача 33 . Постройте демультиплексор на четыре выхода ( ,
) на элементах «ИЛИ» .
Задача 34 . На базе мультиплексора состаvl_ko_fmmkljhcklа, к о-
личество адресных oh^h которого равно трем .

Среди схем коммутации можно особо u^_eblv схемы, которые
способны пропускать сигналы h[hbogZijZлениях: мультиплексоры 
демультиплексоры , т. е. узлы, которые могут одноj_f_ggh в ы-
полнять функцию мультиплексора и демультип лексора.
4  n 2  m &
&
x0
&
&
a 0
a 1
y0
y1
y2
y3 4  n 2  m ) 1( n 

80
§ 9 . Эл ементы последоZl_evghceh]bdb. Триггеры
Все логические схемы принято разбивать на два класса. С первым
из них − комбинационными логическими схемами,  которых использ у-
ются логические элементы И, ИЛИ, НЕ, мы познакомились ur_ Др у-
гой класс таких схем − последоZl_evgu_ko_fu.
Основой создания последоZl_evguo комбинационных логических
схем яey_lky триггер. Здесь будут рассмотрены некоторые типы три г-
геро Соединяя триггеры друг с другом , можно получить счетчики,
сдb]h\u_j_]bkljubj азличные запоминающие устройства.
Триггер яey_lky о дним из наиболее распространенных элементов
ЦВМ . Это электронная схема, имеющая дZ устойчиuo состояния. Од-
но состояние принимается за логическую единицу «1», другое – за лог и-
ческий ноль «0». Под дейстb ем управляющих сигналоih^Zаемых на
oh^u триггер скачкообразно переходит из одного устойчиh]h состо я-
ния ^jm]h_ hijhdb^uается). Простейший триггер может быть uih л-
нен на дmo логи ческих элементах «ИЛИ−НЕ» (или на элементах
«И− НЕ»).
Классификация т риггеров .

Рис. 17. Классификация триггеров
9.1. Триггеры с раздельным запуском ( RS −триггер ы )
Триггеры с раздельным запуском делятся на:
а) асинхронные триггеры , которые изменяют свое состояние
непосредст_ggh  момент пояe_gby соответствующего информацио н-
ного сигнала;
б) синхронные триггеры , которые реагируют на информацио н-
ные сигналы только при наличии соот_lklующего сигнала на oh^_
синхронизации C (clock ).
Триггеры
RS −триггер
Асинхронный Синхронный
D-триггер T− триггер JK− триггер

81
Услоgh_ обозначение

а) б)
Схема асинхронного RS− триггер а на элементах «И− НЕ»

В таблице предстаe_gu k_ hafh`gu_ состояния асинхронного
RS -триггера
Исходное состояние = = = = = Режим =
��и ��̅и
1 0 0 1 1 0 Хранение «1» =
M= N= M= N= N= M= Запись «1» =
N= M= N= M= M= N= Запись «0» =
M= N= N= M= M= N= Хранение «0» =
N= M= M= M= N= M= Хранение «1» =
M= N= M= M= M= N= Хранение «0» =
N= M= N= N= M= M= Запрещен, =
неопределенность = M= N= N= N= M= M=

S
R
Q T
Q S
R
C
Q T
Q & 1
2
3
& 4
5
6
S
R
Q
Q S R Q Q

82
Характеристическое ураg_gb_ ас инхронного триггера
Работу триггера можно описать с помощью , так назыZ_fh]hoZjZ к-
теристического ураg_gby , устанаeb\Zxs_]h aZbfhkязь между си г-
налом на выходе Q и входными сигналами триггера. Характеристич е-
ское ураg_gb_ асинхронного RS -триггера состаey_lky с помощью ло-
гической схемы и выглядит следующим образом:
.
Задача 35 . Исследуйте схему асинхронного триггера, построенного
на элементах «ИЛИ -НЕ». Постройте схему, состаvl_ таблицу истинн о-
сти, вы_^bl_oZjZdl_jbklbq_kdh_mjZнение.
С хема с инхронн ого RS -триггер а

Если на oh^ С подан сигнал «0», то триггер не реагирует на oh д-
ные сигналы и сохраняет записанную в нем информацию.
Если на входе С сигнал «1», то триггер реагирует на входные си г-
налы и работает по схеме асинхронного .
Задача 36 . Состаvl_ характеристическое ураg_gb_ синхронного
RS -триггера и покажите, что будет , если на вход С последоZl_evgh б у-
дут поданы сигналы «0» или «1» .
Про_jvl_ спра_^ebость полученных ураg_gbc с помощью та б-
лицы истинности.
S R Q SR Q S Q Q и и     & 1
2
3
& 4
5
6
S
R
Q
Q
& 1
2
3
& 1
2
3
С
y1
y2

83
9.2. Триггер с приемом информации по одному oh^m
(D− триггер )
Услоgh_h[hagZq_gb_

Схема D -триггер а
D -триггер осущестey_l прием информации по одному oh^m. Если
на oh^kbgojhgbaZpbb C подан нулеhckb]gZelhljb]]_jg_j_Z]bjm_l
на сигналы, подаваемые на oh^ D . Если на oh^ синхронизации подан
сигнал «1» , то триггер опрокидыZ_l ся  противоположное состояние,
при этом сигнал с входа D передается на выход .

Исходное состояние
C D
0 1 0 0 1 1 0 1
1 0 0 1 1 1 1 0
0 1 1 0 1 0 0 1
1 0 1 0 1 0 0 1
0 1 1 1 0 1 1 0
1 0 1 1 0 1 1 0
D
C
Q T
Q Q & 1
2
3
& 4
5
6
D
Q
Q
& 1
2
3
& 1
2
3
y1
y2
R
С 1y 2y Q Q иQ иQ

84
В таблице для примера показаны д_ строки, где на oh^ С подан
«0» . Видно, что триггер при этом на входной сигнал не реагирует.
Задача 37 . Состаvl_oZjZdl_jbklbq_kdh_mjZнение для D -триггера
и про_jvl_khhl\_l стb__]hlZ[ebp_bklbgghklb.
9.3. Триггер со счетным oh^hf (Т-триггер )
Услоgh_h[hagZq_gb_

Схема T-триггер а
Т-триггер (счетный) может быть построен на осно_ D -триггер а, е с-
ли uoh^ соединить с oh^hf D. Вход C D -триггера станоblky o о-
дом Т Т -триггера.
Если на oh^kbgojhgbaZpbb C подан нулеhckb]gZelhljb]]_jg_
реагирует на сигналы, подаZ_fu_gZ вход D . Если на вход синхрониз а-
ции подан сигнал «1» , то триггер опрокидыZ_l ся  протиhiheh`gh_
состояние, при этом сигнал с oh^Z'i_j_^Z_lkygZыход . При ка ж-
дом последующем импульсе на oh^_ D T-триггер переключается ij о-
тиhiheh`gh_khklhygb_.
T
Q T
Q Q Q & 1
2
3
& 4
5
6
D
Q
Q
& 1
2
3
& 1
2
3
y1
y2
R
С

85

C D
0 1 1 1 0 1 0 1
1 1 0 1 0 1 1 0
0 0 1 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0 0 1
0 1 1 1 0 1 0 1
1 1 0 1 0 1 1 0
0 0 1 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 0 0 1
Триггеры используются при построении элементо последоZl_e ь-
ной логики, таких как счетчики и регистры, а также элементы памяти.
§ 10 . Счетчики
Рассмотрим один из примеро использоZgby триггеров при п о-
строении счетчико.
Счетчиком назыZ_lky цифровое устройство, которое осущестe я-
ет счет числа импульсо поступающих на его oh^ , и фиксирует это
число в каком -либо коде.
ПоследоZl_evguc (асинхронный) дhbqguc счетчик образоZg ц е-
почкой последоZl_evgh dexq_gguo счетных Т-триггеро. Результат
счета фиксируется на uoh^Zo счетчика . Поскольку число uoh^guo
переменных раgh числу триггеро n, а каждая переменная может пр и-
нимать дZagZq_gbylhqbkehозможных состояний (коэффициент сч е-
та) раg о 2��. Вследстb_ того, что одно состояние приходится на нул е-
h_lhfZdkbfZevgh_ число, при котором счетчик полностью заполняе т-
ся 24− 1. По срезу 16 -го импульса k_ триггеры опрокидыZxlky  и с-
ходное состояние. 1y 1y иQ иQ Q Q Q

86

Если на oh^dZ`^h]hke_^mxs_]h триггера подается импульс с и н-
_jkgh]h\uoh^Z , то получим вычитающий счетчик.
Шина установки нуля
2
0
2
1
2
2
2
3
T Q
T
R
T Q
T
R
T Q
T
R
T Q
T
R Q 2
0
2
1
2
2
2
3
Т

87
§ 11 . Регистры
Цифровое устройстh состоящее из триггеров и предназначенное
для приема и хранения чисел ^оичном коде, назыZ_lky регистром .
Регистры собираются на различных триггерах,  частности , на D -
триггерах.
Параллельный регистр на D -триггерах
Дhbqguc код запоминаемого числа подается на oh^u приема и н-
фор мации ( D -входы) k_o триггеро и записыZ_lky в регистр , т.е. с D -
oh^Zi_j_ibkuается на Q -выход соот_lklующего триггера. С прих о-
дом импульса записи, поступающего на С -oh^u , информация хранится
на uoh^Zo^hijboh^Z следующего тактоh]hbfimevkZ на С-oh^ ( та к-
тоuc импульс опрокидыZ_l каждый триггер). Число триггеро раg я-
ется разряду хранимого числа (слоZ  Если до прихода тактового и м-
пульса информация на входах D изменилась, то с приходом тактового
импульса записыZ_lkyghое кодоh_kehо.


Для сброса регистра  нулеh_ состояние на oh^ R регистра под а-
ется положительный импульс, следоZl_evgh «0» на uoh^_ «НЕ» сбр а-
сыZ_l k_ триггеры  нулеh_ состояние и одноj_f_ggh блокирует
hafh`ghklv записи информации по oh^m Т регистра с помощью эл е-
мента «И». Запись oh^gh]h слоZ hafh`gZ при  момент
дейстbybfimevkZgZ\oh^_L.
Запоминание информации j_]bkljZog_h[oh^bfhijb\uiheg_gbb
арифметических и логических операций над числами. Q
D Q T
R
D Q T
R
D Q T
R
D Q T
R Q Q Q
C C C C
R
T
&
Q 1 Q 2 Q 3 Q 4
Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 x 1 x 2 x 3 x 4  x 0  R

88
Глава 4. Память ЭВМ . Физические принципы записи и
хранения информации
§ 12 . Память ЭВМ
Память ЭВМ – это функциональная часть ЭВМ, предназначенная
для записи, хранения и u^ZqbbgnhjfZpbb.
Термин «память» используют, если хотят подчеркнуть лог ическую
функцию, uihegy_fmxmkljhcklом памяти, или место расположения в
соста_ оборудоZgby ЭВМ (оперативная память, g_rgyy память и
т.д.). Внешняя память – это память, предназначенная для длительного
хранения программ и данных. Целостность содержимого g_rg_ciZf я-
ти (ВЗУ) не зависит от того, dexq_gbeb\udexq_gdhfivxl_j.
Запоминающее устройство (ЗУ) – это комплекс технических
средстj_ZebamxsbonmgdpbxiZfylb.
Термин запоминающее устройстh обычно употребляют, если речь
идет о физических принципах записи информации (полупроh^gbdh\u_
ЗУ, ЗУ на магнитных дисках и т.д.). Запись информации может быть р е-
ализоZgZ  средах с различны ми физически ми свойстZ ми : с_joij о-
h^ никах , магн етиках и т.п.
Производительность и вычислительные hafh`ghklbW<F знач и-
тельной степени определяются составом и характеристиками ее ЗУ. В
данной ЭВМ одновременно используются несколько типо ЗУ, отлич а-
ющихся принципами дейстbyoZjZdl_jbklbdZfbbgZagZq_gb_f.
В соста g_rg_c памяти oh^yl: 1) накопители на жестких ма г-
нит ных дисках; 2) накопители на гибких ма гнитных дисках; 3) накоп и-
тели на магни тооптических компакт -дисках; 4) накопители на опти че-
ских дисках (CD -ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.
Дискоh^ (накопитель) – устройство записи/считывания информ а-
ции.
Носит ель информации (носитель записи) – материальный объект,
способный хранить информацию. Информация записыZ_lky на нос и-
тель посредстhf изменения физических, химических и механических
сhckl\aZihfbgZxs_ckj_^u .
По типу доступа к инфо рмации g_rgxx память делят на два
класса:

89
– устройстZijyfh]h ijhba\hevgh]h ^hklmiZ – время обращения к
информации не заbkblhlf_klZ__ расположения на носителе;
– устройстhihke_^hательного доступа – такая зависимость сущ е-
стm_l .
Для реализации функций памяти используется запоминающая ср е-
да, т.е. физический материал, dhlhjhf^Zggu_bgnhjfZpbbfh]ml[ulv
предстаe_gu b^_nbabq_kdbobaf_g_gbckhklhygbykj_^uLZdbfh б-
разом, среда должна иметь, по крайней мере, дZmklhcqb\uokhklhygby
Запоминающий э лемент хранит наименьшую единицу информации.
12 .1. Функции памяти

Рис. 18 . Функции памяти
Запись информации – переh^ среды под действием сигнала  н е-
которое устойчивое состояние;
Х ранение информации – способность среды сохранять устойчивое
состояние сколь угодно долго;
С читыZgb_ информации – оценка физических параметров среды в
данной ячейке (данного устойчиh]hkhklhygby 
После считыZgbyklZjZybgnhjfZpby^he`gZkhojZgylvky той же
ячейке ЗУ и при необходимости может быть ghь считана. При испо ль-
зоZgbb некоторых физических сред считыZgb_ приh^bl к разруш е-
нию хранящейся  ячейке информации. В этом случае после каждого
считыZgbyg_h[oh^bfhijhba\h^blvaZibkvlhc`_bgnhjfZpbb\lm`_
ячейку, т.е. необходимо предусмотреть перезапись информации (восст а-
ноe_gb_bgnhjfZpbb .

Функции памяти
Запись
информации
Хранение
информации
Считывание
информации

90
12 .2. Характеристики запоминающих устройств


Рис. 19 . Характеристики запоминающих устройств
Информационная емкость ЗУ (или удельная информационная е м-
кость) – максимальное количество данных, которые могут  ней хр а-
ниться.
Быстродейстb_ ЗУ – определяется продолжительностью опер а-
ции обращения
.
Информационная емкость и быстродейстb_ тесно сyaZgu между
собой: с ростом емкости падает быстродейстb_ Поэтому  ЭВМ одн о-
j_f_gghbkihevam_lkyg_kdhevdhAM с различными характеристиками:
 с_johi_jZlbные (СОЗУ) с малой емкостью, но с быстроде й-
стb_f сраgbfuf с быстродейстb_f запоминающего эл е-
мента;
 оператиgu_ HAM \kxiZfylvfh`ghijhkfhlj_lvaZkbl^.
12 .3 . Запоминающие среды
По типу физической ср еды, используемой для хранения информ а-
ции, различают следующие виды ЗУ:
Характеристики ЗУ
Информационная емкость
Быстродействие
Физический объем
Потребляемая мощность
Надежность хранения информации  


  
  

инф о р мации ение во сстано вл сч итывания по иска сч ито б р
записи стир ания по иска запо б р
о б р t t t t
t t t t
2
1 t

91
1) м еханические среды,  которых для фиксации информации пр и-
меняется механическое изменение целостности носителя информации
(перфокар ты, перфоленты);
2) м агнитные среды (магнетики),  которых элементами памяти я -
ляются ферритоu_ кольца , ферритовые пластины, тонкие магнитные
пленки ;
3) с_joijh\h^ ящие среды (криогенные), использу ющие сhckl\h
материало находиться  дmo устойчиuo состояниях: с_joijh\h^ я-
щем и нормальном;
4) оптические среды , использующие  качест_ элементо памяти
прозрачные и непрозрачные участки фотоматериалов ; х ранение инфо р-
мации может осущестeylvky оптических системах, построенных с и с-
пользоZgb ем принципо]heh]jZnbb;
5) э лектронные среды : элемент ами памяти яв ляются заряженные
или незаряженные участки на экране электронно -лучеhc трубки, ма т-
рицы триггероgZ[biheyjguobmgbiheyjguoljZgabklhjZo.
Область поиска ноuo принципов построения элементов памяти ,
яey_lkyесьма обширной и сyauает uqbkebl_evgmxl_ogbdmkdа н-
тоhcf_oZgbdhcjZajZ[Zlu\Zxlkywe_f_gluiZfylbgZfhe_dmeyjghfb
атомном уровнях .
Ниже при_^_gZ классификация устройст хранения данных. Зам е-
тим, что эта классификация неполная, она дет ализироZgZ  части эне р-
гонезаbkbfuo устройст которые будут рассмотрены далее более п о-
дробно.

92

Рис. 20. Классификация устройстojZg_gby^Zgguo

93
12 .4 . Перфокарты и перфоленты
Перфорационные карты , как уже было сказано выше, яeyebkv
основным устройстhf памяти  перuo поколениях ЭВМ. Их g_rgbc
b^khремен Германа Холлерита (см. глаm ijZdlbq_kdbg_baf_gb л-
ся. Соj_f_ggZy перфокарта очень похожа на ту, которая была \_^_g а
фирмой IBM еще в 1928 г . (рис. 21 ). Для удобстZ при скл адыZgbb в
колоду и однозначного расположения относительно других карт их пр а-
uc _jogbc угол немного срезан. Цифры, букu и другие симheu
перфорируются на карте  80 _jlbdZevguo колонок  соответстbb с
кодом, предложенным Холлеритом. Цифра кодируется о дним отверст и-
ем  одной из горизонтальных нижних строк, букZ − дmfy отверсти я-
ми: одно расположено lZdgZauаемой числовой строке, другое − h д-
ной из трех строк в _jog_c части карты; другие симheu кодируются
дmfyb[he__hl\_jklbyfb.

Рис. 21. П ерфокарта (слеZ kqblu\Zgb_bgnhjfZpbbki_jnhdZjlu
электромеханическим (спраZверху) и оптическим (справа gbam ki о-
собами.
СчитыZgb_ информации с перфокарт (и с перфолент) может быть
произведено одним из дmo самых распространенных спосо бо эле к-
тромеханическим или оптическим. При электромеханическом считыв а-
нии перфо карта зажимается между металлическим роликом и рядом из
80 маленьких металлических щеточек − по одной щеточке на каждую
колонку карты. Попадая  отверстие, щеточка соприкасается с роли ком,
электрическая цепь замыкается и посылает сигнал компьютеру (прео б-
разует пробитую на картах информацию  электрические импульсы) .

94
При оптическом считыZgbb фотоэлектрические элементы регистрир у-
ют с_lhые лучи, проходящие через отверстия  карте (реали зуется
принцип оптических ворот) .
§ 13 . Запись информации на магнитных носителях
Начало  развитии магнитной па мяти положил датский инженер
В. Поулсен (Копенгагенская телефонная компания)  1898 г . Он прод е-
монстрироZe прибор, с помощью которого мож но было записыZlv
речь . В качестве носителя информации использоZeZkv стальная струна.
Принцип записи использоZekyke_^mxsbcq_ehек перемещался ^hev
струны, гоhjy  микрофон, присоединенный к электромагнитной к а-
тушке. Последняя перемещалась по струне с помо щью тележки. Затем
микрофон был заменен динамиком. Тележка приh^beZkv дb`_gb_b
можно было услышать речь, записанную на струне.

Рис. 22. Схема опыта В. Поулсена
Именно этот принцип используется для записи информации и т е-
перь, с той лишь разницей, чт о f_klhkljmgubkihevam_lky тонкая ма г-
нитная лента или слой ферромагнитного вещестZ.
В запоминающих устройстZo используются ферромагнитные мат е-
риалы и ферриты.

95
Ферритоu_ запоминающие устройства используются  больши н-
ст_ современных ЭВМ, преимущественно  качест_ оператиghc п а-
мяти с обращением по произвольному адресу. Количестh хранимой
информации достигает n_jjblh\uoaZihfbgZxsbomkljhcklах деся т-
коfeg[blремя u[hjdb – от десятых долей до нескольких микрос е-
кунд. В ферритовых з апоминающих устройстZo сочетаются ukhdh_
быстродействие, малые габариты, высокая надёжность, технологичность
изготоe_gbywdhghfbqghklv
Информационные сhcklа магнетиков сyaZgu с яe_gb_f гист е-
резиса.
Яe_gb_ магнитного гистерезиса – это яe_gb_ отс тавания нама г-
ниченности ферромагнитного образца от _ebqbgu g_rg_]h магнитн о-
го поля. Замкнутую криmx описыZxsmx цикл перемагничивания о б-
разца, назыZxl петлей гистерезиса .
Площадь петли соответствует энергии перемагничиZgby обра з-
ца. В ЗУ используются вещестZkijyfhm]hevghci_le_c]bkl_j_abkZ.
На рисунке изображен график B=f(H) – петля магнитного гистер е-
зиса: В – магнитная индукция; В r – остаточная магнитная индукция; Н –
напряженность магнитного поля; B m – максимальная магнитная инду к-
ция (насыщения); Н m – напряженность перемагничиZxs_]hiheykhh т-
_lklующая B m; Н c – коэрцитиgZykbeZ.
Материал хранит дZ устойчиuo состояния: «1» (+B r) или «0» ( –
Br).

Рис. 23. Петля гистер езиса пS

96
13 .1. Запись информации на магнитной пле нке
Существует дZ способа записи информации на магнитные носит е-
ли: продольный и поперечный. Наиболее часто используется перuc из
них.
Заключается он  следующем: над магнитной средой, нанесенный
на диэлектрический материал, располагается магнитная голоd а с заз о-
ром и на мотанной на нее катушкой (рис. 24 ). При протекании тока по
катушке  зазоре сердечника магнитной головки создается магнитное
поле, силовые линии которого uoh^yl за пределы зазора и пронизыв а-
ют слой ферромагнетика. Вследствие этого происходит его намагнич и-
Zgb_ и образоZgb_ областей с различным напраe_gb_f _dlhjZ ма г-
нитной индукции (k_ они лежат  плоскости слоя). Одно из этих
напраe_gbc принимают за «1», другое – за «0». Происходит запись
цифроhc информации. Если же через кат ушку пропустить переменный
ток от микрофона, то можно записать голос чело_dZ музыку и т.д.
(аналоговая информация).

Рис. 24. П родольный способ записи информации
Попереч ный способ записи информации осущестey_lky несколько
иначе. Принципиальным его отли чием яey_lky наличие дmo магни т-
ных голоhd расположенны х так, как показано на рисунке 25 ниже . Е с-
ли по обмотке большого kihfh]Zl_evgh]h полюса протекает ток, 
стержне устанаeb\Z_lkyfZ]gblgucihlhdijhbkoh^blgZfZ]gbqbание
iehkdhklbi_ji_g^bdmeyj ной плоскости слоя ферромагнетика. У этого
способа есть ряд преимущест глаguf из которых большая плотность
записи информации, так как области не прилегают друг к другу, полюс к
полюсу.

97

Рис. 25 . Поперечный способ записи информации
13 .2. Запись информации на ферритоuo кольц ах и
магнитной матрице
Пам ять на магнитных кольцах была основным типом с середины
1950 -х и до середины 1970 -х годо. Память на магнитных кольц ах или
ферритоZy память осущестey_l хранение информации на ферритовых
кольц ах , которые обычно размещены  прямоугольную матрицу и через
каждое кольцо проходят провода для считыZgbybaZibkbbgnhjfZpbb
Применение ферритоuo колец (ФК )  качест_ запоминающих
элементо памяти обуслоe_gh их свойстhf после намагничивания со-
хранять одно из дmo hafh`guo устойчиuo магнитных состояний, с о-
ответствующих значениям о статочной магнитной индукции (+ Br или –
Br). Это позволяет им хранить информацию, предстаe_ggmx  дhb ч-
ном коде. Если по проводу, пронизыZxs_fm коль цеhc ферритовый
сердечник (рис. 26 ), пропускать импуль сы тока , достаточные для созд а-
ния магнитного поля Н т > H c (H c – коэрцитиgZykbeZ lhfh`ghmijZ -
лять маг нитным состоянием ФК . Под дейс твием перемагничиZxs_]h
поля + Н т ФК после снятия поля оказывает ся khklhygbb+ Br, эту опер а-
цию принято называть «записью 1». Для «записи 0» подают импульс т о-
ка противоположного напраe_gby , создающий по ле –Н т, после возде й-
стbydh торого ФК оказыZ_lk я khklhygbb –Br. Сигнал, возникающий в

98
проh де считыZgby ФК при изменении значения его магнитной ин ду к-
ции от + Br до –Br, назыZ_lky сигналом «считыZgby 1»; при «считыв а-
нии 0» магнитная индукция  ФК меняется незначительно и считанный
сигнал оказыZ_lkyagZqbl_evghf_gvr_kb]gZeZkqbluания 1».

Рис. 26. Ферритовое кольцо
Для записи больших массиh информации используются ф еррит о-
вые матриц ы − это запоминающ ие устройства с плоской выборкой и н-
формации (см. рис.).
Чтобы намагнитить избранное кольцо до насыщения, необходимо
пропустить критический ток ( ). Если пропускаем ток  обратном
напраe_gbb то кольца перемагничиZxlky – меняется напраe_gb_
магнитного поля .
Если пропустить ток по шинам X и Y , причем
,
то ha^_ckl\b_ произойдет только на одну избранную яч ейку, и она
намагнитится до насыщения  определенн ом напраe_gbb Для счит ы-
Zgby пропускаем ток h[jZlghfgZijZлении.
Процесс считыZgby сопроh`^Z_lky «стиранием» храниr_cky
информа ции, так как при этом ФК k_]^Z пе реводится  состояние –Вт,
т.е. записыZ_lky 0. Схема предусматриZ_l hkklZghление информ а-
ции.
Возможна схема с использоZgb_f четырех проh^gbdh, которая
работает по принципу соiZ^_gbylhdh. к р итI y
крит
x
крит крит I I I 

 

  

 

 
2
1
2
1

99


Рис. 27
X, Y — провода возбуждения, S —
считыZgby Z — запрета =
Матрица памяти на магнитных
сердечниках
Напраe_gb_ намагниченности одного ферритового кольца позв о-
ляет хранить один бит информации. Через кольцо проходят четыре пр о-
h^Z^\Zijh\h^Zозбуждения X и Y и провод запрета Z под углом 45°
(к плоскости ферритоh]h кольца); и провод считыZgby S под углом
90°. Для считывания значения бита, на провода возбуждения подается
импульс тока таким образом, что сумма токоq_j_ahl\_jklb_k_j^_qg и-
ка приводит к тому, что намагниченность кольца принимает определе н-
ное напраe_gb_ независим о от т ого, какое напраe_gb_ она имела до
этого.
Значение бита можно определить, измериlhdgZijhоде считы ва-
ния. Е сли намагниченность сердечника изменилась, то ijh\h^_kqbl ы-
Zgby hagbdZ_l индукционный ток. Процесс считывания разрушает с о-
храненную ин формацию, следоZl_evgh после считыZgby бита, его
необходимо поlhjghaZibkZlv.
Для записи, на проh^Z ha[m`^_gby подается импульс тока  о б-
ратном напраe_gbb и намагниченность сердечника меняет напраe е-
ние (относительно того, которое она имеет после с читыZgby  Однако
если при этом ^jm]hfgZijZлении подается ток на проh^aZij_lZlh
суммы токо через кольцо недостаточно, чтобы изменить намагниче н-
ность сердечника, и она остается такой же, как после считыZgby.
Матрица памяти состоит из N² кольцеобр азных сердечнико нан и-
занных на пересечения перпендикулярных проводо\ha[m`^_gbyQ_j_a
k_k_j^_qgbdbijhie_lZ_lkyh^bgijhод считыZgbybh^bgijhод з а-

100
прета. Таким образом, матрица позволяет считыZlvbebaZibkuать б и-
ты только последовательно.
Отметим и еще одну интересную особенность и преимущество
памяти на ферритоuo кольцах по сраg_gbx с полупроh^gbdh\ufb
или электронными. Они могут быть использоZgu критически Z`guo
устройстZo (например,  h_gguo и космических системах −  частн о-
сти, ее использоZeb  компьютерах зенитно -ракетных комплексо C-
300 и бортоuo компьютерах Шаттло до 1991 года ), которые должны
сохранять работоспособность  услоbyo аномально ukhdbo электр о-
магнитных полей, например, hagbdZxsbo при ядерных ajuах. С и-
стем ы памяти нужного объема на классических ферритоuo кольцах
имеют массу в несколько сотен килограммо
13 .3. Нанокольца и наностержни для магнитной записи
Термин «нанокольцо» пояbeky 2000 году. К настоящему j_f е-
ни получены нанокольца диаметром от неско льких нанометро до н е-
скольких микрометро из металло полупроводнико и диэлектрико
Перспективы использоZgby этих структур еще не соk_f ясны, но о д-
ним из применений может быть создание элементоiZfylbgh\h]hlbiZ
(MRAM – Magnetic Random Access Memor y). Физический принцип с о-
здания этой памяти следующий.
В одном из уни_jkbl_lh\ США были получены магнитные нан о-
кольца из металлического ко бальта. Магнитный поток  них напраe_g
по окружности, сохраняется при температуре ur_ комнатной и может
иметь дZ состояния: по часоhc стрелке и проти Но их самым инт е-
ресным свойстhf яey_lky то, что  такой структуре магнитный поток
яey_lkyaZfdgmlufl_се магнитное поле заключено внутри кольца, а
магнитное поле снаружи раgy_lkygmexWlhажно, так как эти кольца,
расположенные рядом, не ebyxl^jm]gZ^jm]ZDjhf_lh]hhgbmklh й-
чиudihf_oZfbgZодкам извне.

101

Рис. 28 . Наноразмерные кольца
Система, которую предл агается создать из наноколец , напоминает
матрицу из ферритоuodhe_pghhgbbf_xl^bZf_ljf_g__ffZfZ с-
са их будет состаeylv несколько граммо без ущерба емкости и фун к-
циональных характеристик (см. конец п. 17.2) .
Нанотехнологии обладают огромным по тенциалом для решения
проблемы миниатюризации устройств хранения памяти, что чрезвыча й-
но Z`gh так как hafh`ghklb полупроводникоuo технологий почти
достигли своего предела.
§ 14 . Оптическая память
Оптическая память  это устройство, dhlhjhfohly[uh^ ин из в и-
до ujZ[hldb информации производится с использоZgb_f с_lh\hc
энергии. Оптические информационные сигналы достаточно просто пр е-
образуются  электрические ( использоZgb_ яe_gb_ фотоэффект а), т.е.
оптическая память легко сопрягается с электронными элементами ЭВМ.
Оптические запоминающие устройстZ (ОЗУ) дают высокую плотность
записи информации, ukhdmxkdhjhklvh[jZs_gby.
Пояe_gb_ оптических запоминающих устройст связано с пояe е-
нием лазерной техники и волоконной оптики.
Основными блоками оптическ ой памяти яeyxlkyke_^mxsb_:
1. Лазер в качест_ источника, излучение которого яey_lky строго
моно хроматическим, когерентным, остронапраe_gguffhsguf.
2. Оптический затвор, т.е. узел избирательного включения и в ы-
ключения лазерного луча (система линз и зеркал) .

102
3. Устройство фокусироd и излучения (или дефокусироdb  пре д-
стаeyxs__kh[hc сис тему линз и зеркал.
4. Оптические дефлекторы для быстрого сканироZgby луча, т.е.
изменения его напраe_gby определенным образом. Для этого испол ь-
зуются магнитные диф ракци онные решетки, которые под действием
внеш него магнит ного поля изменяют параметры и, следоZl_evgh
напраe_gb_eZa_jgh]hemqZ.
5. Информационный носитель  фотография, голография.
6. Устройство преобразования оптического сигнала we_dljbq_kdbc
 фото чуkl\bl_evgu_we_f_glu.
14 .1 . Голография
Голография  это полная запись информации, которая предстаey_l
собой запись интерференционной картины от дmo когерентных лу чей:
опорного и объек тного.
Луч лазера делится специальны м устройством (с_lh^_ebl_e_f) на
д_ коге рентных hegu . Эти hegu (рис. 29 ) с помощью линз расшир я-
ются и зеркал ами напраeyxlky на объект (объектная) и регистриру ю-
щую среду − фотопластин ку (опорная). Волна, рассеянная объектом, п а-
дает на фотопластинку и интерферирует с опорной. Таким образом ,
формируется пропускающая голограмма , требующая для сh_]h hkkl а-
ноe_gby источника с_lZ с той же длиной hegu на которой произв о-
дилась запись,  идеале – лазера . На голограмме происходит фиксация
интенсиghklb и фазы когерентных лучей. На один носитель можно з а-
писать несколько голограмм, изменяя напраe_gb_hihjgh й hegu . Сл е-
дует отметить, что при записи голограммы не используются фокусир у-
ющие устройства, т.е.  к аждую точку голограммы попадает излучение
от k_o точек предмета. Это позволяет полностью сохранять информ а-
цию при частичном повреждении голограммы.
При с читыва нии информации происходит наблюдение дифракц и-
онной картины при ос_s_gbb голограммы лазерным лу чом иденти ч-
ным опорно й heg_ . Голограмма яey_lky сh_h[ разной дифракцион ной
решет кой . Причем д ифракционную картину можно наблюдать как в
проходящем, так и в отраженном свете.

103

Рис. 29. Схема регистрации голограмм hстречных пучках
(схема Денисюка)
ПреимущестZ ми голографической памяти яeyxlky :
 запись как аналоговой , так и цифро hc информа ции , зашифроZgg ой
^оичном коде;
 обеспечение ukhdhc плотности записи информации , быстродейстby
при считыZgbbbgnhjfZpbbbmklhcqbого хранения информации .
К недостаткам можно нести :
 сложную оптическую аппаратуру для записи и считыZgby информ а-
ции;
 ukhdmxdалификацию пользоZl_e_c;
 неhafh`ghklvi_j_aZibkbbgnhjfZpbb на голограмме.
14 .2 . Оптические диски
При создании оптических диско был решен ряд проблем:
1) обеспечена ukhd ая ударопрочност ь;
2) обеспечено простое, но точное формироZgb_ дисков за счет пр и-
менени я современных недорогих материалоbl_ogheh]bc;

104
3) обеспечена однородность покрытий ;
4) обеспечена устойчиhklv к ha^_cklию тепла и eZ]b от чего з а-
bkbl их долго_qghklv.
В качест_hkgh\u^ey оптических диско чаще k_]h использу ется
поликарбо нат, так как наилучшим образом отвечает k_f вышеперечи с-
ленным требоZgbyf к данному типу носителей информации . Иногда
используются и стеклянные диски, но они не яeyxlky ударопрочными
и используются реже.
Запись на оптический носитель осущестey_lky одним из шести
способо
1. Запись путем преобразоZgby состаZ сплава записывающего слоя
по_joghklb – технология однократной записи для долговременного
хранения. Созда ется слой дmowe_f_glguo сплаво Sb 2Se 3, Bi 2Te 3.
При ha^_cklии луча лазера большой мощности образуется слой ч е-
тырехэлементного сплаZ Sb∙Se∙Bi∙Te, отражательная способность
которого в 300 -400 раз больше, чем у необработанных участко
2. Запись путем образоZgby iZ^bg (темных пятен) – pit forming –
разрушающий способ, используемый для диско со стеклянной о с-
новой. Луч лазера испаряет носитель с образоZgb_f темного пятна
(кратера). ЗаписыZxsbc слой – теллур с прослойкой ha^moZ на
стеклянной осно_.
3. Запись путем образоZgby пузырьков основан на физической или
химической реакции. Если процесс образования пузырька физич е-
ский (испарение), то можно стереть информацию при ha^_ckl\bb
тепла и даe_gby.
4. Запись с использоZgb_f органического полимерного краси теля .
Производится путем образоZgbyfbdjhj_ev_nZ.
5. Запись путем изменения фазы вещества . Используется слой амор ф-
ного _s_kl\Z например, окисел теллура TeO,  котором при во з-
дейстbb концентрироZggh]h с_lZ происходит кристаллизация с
изменением отражающе й способности.

105

Рис. 30 . Кристаллизация _s_klа под действием луча лазера
6. Магнитооптическая технология. ОсноZgZ на нагреве магнитного
носителя до точки Кюри. При этом записыZxs__ магнитное поле
меняет ориентацию доменов только в нагретых элементах. Считыв а-
ние информации происходит с помощью эффекта Керра (изменение
поляризации луча we_dljhfZ]gblghfihe_ .

Рис. 31. Принцип магнитооптической записи информации
При магнитооптическ ой технологии записи использу ется яe_ ние
магнитного гистерезиса и поля ризации электромагнитного излучения.
При записи и считыZgbb информации используется лазер, который

106
обеспечивает дZ режима работы . Процесс записи заключается в след у-
ющем: с помощью лазерного излучения небольшая зона магнитооптич е-
ского носителя информации разогревается до температуры, при которой
уменьшается коэрцитивная сила материала , далее эта зона может быть
намагничена с помощью слабого магнитного поля. При считыZgbb и н-
формации луч переключается на меньшую мощность и поляризуется.
При отражении от на магниченной среды поворачиZ_lky плоскость п о-
ляризоZggh]hbaemq_gbyaZl_fijhoh^yq_j_aZgZebaZ тор, напраe_gb_
поляризации может быть распознано фотодетектором.

Обсудим проблему плотности записи информации на оптические
диски. На рисунке при_^_gu^e я сравнения участки CD и DVD диско
полученные с помощью электронного микроскопа. Видно, что плотность
записи довольно сильно отличается.

Рис. 32. Сраg_gb_iehlghklbaZibkbgZ CD и DVD дисках
Каким же образом можно добиться у_ebq_gby плотности записи
информации ? В настоящее j_fy используется несколько способо О б-
судим в общих чертах каждый из них.
Поскольку в процессах записи и считыZgby информации на опт и-
ческие диски ключеZy роль принадлежит лазерам , то и решение пр о-
блемы плот ности информац ии сyaZgh с изменением характеристик их
излучения и особенностями формироZgbyiZ^Zxs_]hgZ^bkdemqZ.
Таким образом, п ерuckihkh[khklhbl использовании для записи
и считыZgby информации лазеро имеющих излуч ение с более коро т-
кой дли ной heg ы. Так п ри записи на CD диск используется лазерное
излучение с длиной hegu 780 нм (красного ц_lZ  для записи DVD

107
диско – 650 нм, диско Blu -ray – 405 нм ( название диска уже dexqZ_l
информацию о ц_l_baemq_gbybkihevam_fuoeZa_jh – голубой ).
Второй способ ис пользует особенности и возможности соj_f_ н-
ных волоконных технологий, которые поз воляют направить лазерный
луч к диску через с_lh\hehdgh имеющее коническую форму (часть,
напраe_ggZyd^bkdm , имеет м еньший радиус).
Еще одним способом у_ebq_gbyiehlghklb записи информации на
оптические диски яey_lky использоZgb_ многослойной записи и
записи на д_klhjhgu^bkdZ.
Опишем кратко процесс записи и считыZgby информации на
оптические диски. Заметим, что лазер в этом процессе используется как
правило ^ух ре жимах: с большей мощностью излучения для записи и
перезаписи информации , с меньшей мощность для ее считыZgby.

Рис. 33 . Принцип записи и считыZgbybgnhjfZpbbgZhilbq_kdbc
диск (адаптирован из энциклопедии Британника)
Луч лазера  режиме большей мощност и фокусируется на по_j х-
ности стеклянного диска и испаряет материал носи теля с образоZgb_f
пита, рядом, таким образом, остаются неразрушенные участки, которые
назыZxlky лэндами (land ). Формируется структура с чередоZgb_f п и-

108
то и лэндо (они соответствуют нулям и единицам). Теперь, если и с-
пользоZlv лазер  режиме меньшей мощности, то его луч будет отр а-
жаться только от неразрушенных участкоihерхности диска и соотве т-
ст_ggh формироZlv сигналы, соответствующие размеру лэнда. Эти
сигналы буду т поступать на чуkl\bl_evguc элемент, служащий для
считыZgby информации. Итак, з апись на диск путем образоZgby i а-
дин , темных пятен или питов (pit) яey_lkykihkh[hf разрушающи м.
§ 15 . С_joijhодящая память (криогенная память)
С_joijhодящие среды поз heyxl обеспечить дZ устойчиuo с о-
стояния: нормальное и сверхпроh^ys__ , поэтому они могут использ о-
Zlvky для создания запоминающих устройств . Эти ЗУ имеют сhb пр е-
имущестZ и недостатки. Самым большим недостатком яey_lky сло ж-
ность получения низких темпе ратур необходимых для осущестe_gby
перехода нормальный проводник − с_joijh\h^gbdL_fg_f_g__ , j я-
де случае этот недостаток с лихhc компенсируется преиму щестZ ми:
быстротой переход а из одного состояния  другое, малой инерционн о-
стью этого процесса , м алыми потерями на джоулеhl_ieh .
15 .1. С_joijhодимость и ее свойстZ
В 1911 г. Х. Камерлинг -Оннес обнаружил яe_gb_kерхпроh^bf о-
сти, исследуя образец из ртути. Если температура образца меньше или
раgZ критической для данного материала ( , ), то
удельное сопротиe_gb_h[jZapZjZно нулю ( ).

Рис. 34. Температурная заbkbfhklvm^_evgh]hkhijhlbления
металлов кр Т Т  К 2,4 Т рт.кр  0   ρ
T T кр

109
Переход материало с _joijh\h^ys__ состояние зависит не тол ь-
ко температуры, но от g_rg_]hfZ]gblgh]hihey:

Сильное магнитное поле разрушает с_joijhодящее состояние.

Рис. 35. ЗаbkbfhklvgZijy`_gghklbfZ]gblgh]hiheyhl
температуры для с_joijhодников
С_joijhод ники яeyxlky идеальными диамагнетиками. Магни т-
ное поле полностью выталкиZ ется из с_joijh\h^gbdZ .





Рис. 36. Эффект Мейсснера
В 1959 г. напрямую было доказано яe_gb_k\_joijhодимости, т.е.
кругоhc ток, hagbdZxsbc  с_joijh\h^ys_f кольце, сохраняется
сколь угодно долго. При этом так как , то джоулеhl_iehg_ыд е-
ляется и ток dhevp_g_mf_gvrZ_lky. 





  2
кр
2
0кр Tкр T
T 1 H Н крT Т  крT Т  0  

110
Экспериментально было обнаружено, что с_joijh\h^ysb_ сh й-
стZ наиб олее ярко прояeyxlky у плохих проh^gbdh\ с_joijh\h^ и-
мость сyaZgZ с состоянием электронной системы и кристаллической
решетки материала.
15 .2. Принцип записи информации на с_joijhодниках
С_joijhодящие материалы можно использоZlv для записи и н-
формации, та к как :
1) информация может быть записана в цифровом b^_ т.е. _s_kl\h
может находиться kерхпроh^ys_fbebghjfZevghfkhklhygbyo;
2) с_joijh\h^ysbfkhklhygb_ffh`ghmijZлять ( изменяя ток или
маг нитное поле);
3) с_joijh\h^ys__ состояние м ожет сохранятьс я сколь угодно
долго, т.е. может хранить информацию.
ДостоинстZ сверхпроh^ysZy память характеризуется ukhdhc
плотностью записи информации и высоким быстродействием.
Недостатки:
– трудность получения и сохранения с_jogbadbol_fi_jZlmj;
– по лучение тонкопленочных материалов с со_jr_gghb^_glb ч-
ными характеристиками;
– ukhdZyd\ZebnbdZpbyihevahателей;
– ukhdZyklhbfhklvkbkl_fuhoeZ`^_gby.
15 .3. Криотрон
В середине 50 -х годо было предложено с_joijh\h^gbdhое
устройство,  котором реализуется дZ состояния. Это устройство наз ы-
Z_lky криотроном .

Рис. 37. Устройство криотрона

111
В сh_ci_j\hgZqZevghcbijhkl_cr_cnhjf_hgij_^klZлял собой
танталоmx осноm (_glbev) , hdjm] которой наматыZeky провод из
ниобия (обмотка). Оба материала с_joijhодники, но критическая те м-
пература у них различна. Тантал переходит  с_joijh\h^ys__ состо я-
ние при температуре 4,4 К, а ниобий – при 9,2 К. Находясь  гелиевой
Zgg_ при температуре 4,2 К оба материала находятся  с_joijh\h^ я-
щем состоянии. При п одаче  обмотку тока hagbdZ_l магнитное п о-
ле, благодаря которому _glbevi_j_oh^bl нормальное состояние с к о-
нечным сопротиe_gb_fIjbwlhfh[fhldZhklZ_lky с_joijhодящем
состоянии.
Это устройство дейстm_ldZdj_e_dhlhjh_ замыкается kерхпр о-
h^ys_fkhklhygbbbjZafudZ_lky\ghjfZevghfBkihevamydjbhljhg\
более сложных схемах можно создаZlvjZaebqgu_eh]bq_kdb_we_f_glu
для ЭВМ.
Криотрон прост по конструкции, но j_fy переключения у него
слишком _ebdh Оно определяетс я не j_f_g_f перехода из с_joij о-
h^ys_]h состояния  нормальное, а индуктиgufb сhckl\Zfb упра -
ляющей обмотки. Время переключения у проhehqguo криотроно с о-
стаeyehijbf_jgh с.
Этот недостаток можно устранить, используя пленочные криотр о-
ны, например, крестооб ра зный пле ночный криотрон : 1 − упраe яющая
сbgph\Zy пленка (Pb); 2 − изолирующий слой (SiO 2); 3 − упраe яемая
олоyggZy плёнка (Sn); 4 − изоляция (SiO 2); 5 − экранирующий под слой
(Pb); 6 − подложка; I y − упраeyxsbcwe_dljbq_ ский ток; I в − упраey е-
мый электрический ток.

Рис. 3 8. Пленочный криотрон
Важным элементом этого устройстZ яey_lky экранирующий по д-
слой из свинца, благодаря диамагнитным свойствам которого, возможно уI 4 3 10 10     

112
ограничиZlv объем, занимаемый магнитным полем, т.е. локализовать
его и тем самым у_ebqb\Zlv плотность информации. Это значительно
уменьшает индуктиghklvdjbhljhgZ и у_ebqbает его быстродействие
(переключение осущестey_lkyaZ\j_fyijbf_jgh с).
15 .4. Элемент памяти Кроу
Для записи информации используют элемент Кроу, схема которого
предстаe_gZgZjbkmgd_gb`_ .

Рис. 39 . Ячейка Кроу
Он строится на тонкой пленке или тонком листе свинца, в котором
делаются кругоu_ отверстия диаметром около 1 мм с перемычк ой, к о-
торая тоньше листа. Ток может протекать по перемычке , вытекая из о д-
ного ее конца, проходит по окружности и входит обратно в перемычку с
противоположного конца. Возможно упраe_gb_ состоянием перемы ч-
ки. Перемычка настолько тонка, что ток, преurZxsbc критический,
переh^bl__ нормальное состояние, при этом материал листа остается
 с_joijh\h^ys_f состоянии. Пусть импульс тока ha[m`^Z_lky в
ячейке некоторым магнитным импульсом. В соответствии с яe_gb_f
электромагнитной индукции  ячейке hagbdZ_l и мпульс тока опред е-
ленного напраe_gby который потечет по перемычке. Если этот ток
меньше критического, то ячейка остается kерхпроводящем состоянии.
Как только возбуждающий импульс закончится, ток, циркулирующий в
ячейке, haратится к тому значению, ко торое он имел до подачи h з-
буждающего импульса. Если _ebqbgZ\ha[m`^Zxs_]hbfimevkZlZdhа,
что на_^_gguc в ячейке ток станоblky ur_ критического, то пер е-
мычка переходит  нормальное состояние, ток  ней начинает убыZlv
по экспоненциальному закону. Че рез некоторое время ток становится
меньше критического, и перемычка ghь становится сверхпроh^ys_c
Если теперь снять ha[m`^Zxsbcbfimevklhlhd ячейке изменит сh_ 7 10  I I I I
Состояние « 1 »
I
Состояние « 0 »

113
напраe_gb_ т.е.  данной ячейке запишется некоторая информация.
Назо_f «1» состоян ие, когда ток течет  напраe_gbb \_jo по пер е-
мычке , а «0»  gba по перемыч ке . Эта информация хранится  ячейке
сколь угодно долго ( Т<Ткр).
На рисунке ниже изображена матрица памяти (ЗУ) на ячейках Кроу.
Пусть система позволяет регулироZlv ha[m`^Zxsb_ импульсы. Вел и-
чина их может изменяться по напраe_gbx и _ebqbg_ – от одной
услоghc_^bgbpu^hq_luj_o>himklbfqlhdjblbq_kdbclhd ячейке
немного выше трех единиц.

Рис. 4 0. Схема считыZgby
Пусть в ячейке записана «1» .

Рис. 4 1 3 2y x

114
Подается ha[m`^Zxsbcbfimevk д__^bgbpulh]h`_gZijZл е-
ния, что и ток в ячейке . Суммарный импульс становится раguf трем
единицам, т.е. меньше критического. Ячейка остается  с_joijh\h^ я-
щем состоянии и при снятии возбуждающего импульса ghь ha\jZs а-
ется i_j\hgZqZevgh_khklhygb_ « 1»). Если ^Zgghcyq_cd_ ijhlby о-
положном напраe_gbbgZести импульс такой же по _ebqbg_beb ч е-
тыре единице , то информация вноv сохранится при снятии этого и м-
пульса.
При возбуждении  данной ячейке импульса  четыре единицы
(напраe_gb_khпадает с перhgZqZevgufgZijZлением тока yq_cd_ –
«1»), то ток преukbldjblbq_kdh_agZq_gb_i_j_fuqdZi_j_c^_l но р-
мальное состояние, а ток начнет ум еньшаться по экспоненте . При токе
меньше критического ячейка _jg_lk я  с_joijhодящее состояние и
сохранит ток  три единицы. При снятии импульса  четыре единицы
ячейка перейдет  состояние «0» (минус единица ). Произошло считыв а-
ние информации и запись ну ля. П ри считыZgbb информации происх о-
дит ее разрушение.
Если элемен ты Кроу образуют матрицу, то  каждой шине можно
создаZlv импульсы только  д_ единицы, а их напраe_gb_ можно и з-
менять. Эти импульсы токоijhl_dZxsb_ihrbgZf и , сhbffZ г-
нитным полем ha^_cklуют только на данную ячейку Кроу, причем
.

Рис. 4 2 x y кр y x i i i > +

115
СчитыZgb_ и восстаноe_gb_ информации происходит при пом о-
щи шины считыZgby В течение короткого промежутка j_f_gb когда
перемычка становится резистивной и ток в ней убыZ_l в схеме возн и-
кает переменное магнитное поле и  шине считыZgby hagbdZ_l и м-
пульс тока. Этот импульс, с одной стороны, позволяет оценить инфо р-
мацию  данной ячейке (возникает только при перhgZqZevghc «1»), а с
другой – дает сигнал для dexq_gby системы восстаноe_gby информ а-
ции ^Zgghcyq_cd_?keb ячейке записан «0», после опроса она ост а-
ется g_baf_gghfkhklhygbb.
Данная матрица памяти на элементах Кроу позволяет:
1. ЗаписыZlv информацию  цифровом b^_ «1» или «0». На ка ж-
дом эле менте Кроу создается импульс определенного напраe_gby.
2. Хранить записываемую информацию (заданное состояние).
3. Считывать информацию  данной ячейке, пропусти по соотве т-
стmxsbfrbgZflhdbij_ышающие полоbgmdjblbq_kdh]h.
Описанные ur_ijbgpbiu создания памяти не яeyxlkybkq_ji ы-
Zxsbfb В настоящее j_fy идет поиск принципиально ноuo h з-
можностей сохранения информации, сyaZgguo с развитием нанотехн о-
логий, достижениями бионики и многими другими современными нау ч-
ными напраe_gbyfb.

116
15.5. Сравн ительная характеристика различных носителей
информации
Бумажные носители обладали низкой плотностью хранения и ни з-
кой механической прочностью, именно поэтому уже давно вышли из
употребления .
Основным способ хранения информации  ЭВМ до сих пор остае т-
ся ма гнитный. К его недостаткам относятся сравнительно невысокая
плотность записи информации, большая изнашиваемость носителя и фи-
зическое старение незаbkbfh от степени использоZgby (как было ск а-
зано ur_ проблему поur_gby плотности записи информации h з-
можн о удастся решить с использоZgb_fgZghl_ogheh]bc) .
Наиболее перспектиgufb яeyxlky оптические носители. Среди
технических характеристик наиболее Z`ghc яey_lky по_joghklgZy
плотность записи информации . Для магнитных носителей она высока в
продольном нап равлении, но низка  поперечном. Оптические носители
имеют одинакоmx плотность записи h k_o напраe_gbyo В магни т-
ных дис ках 10− 20 дорожек на миллиметр,  ЗУ на оптических дисках
500− 1000 дорожек на милл иметр.
Высокая плотность обеспечивается за счет ав тофокусировки и сл е-
жения за дорожкой, что позволяет легко обеспечить сменность оптич е-
ских диско Одной из причин их долго_qghklb яey_lky удаленно сть
от считыZxs_c]hehки (0,3− 1 мм на оптическом носителе, что искл ю-
чает физический контакт).
Кроме дисков на оптической записи могут использоZlvky микр о-
фильмы, плотность записи которых приблизительно совпадает с плотн о-
стью записи на магнитных носителях, но их преимущестhf яey_lky
долго_qghklv ^he_l^eyq_ehекочитаемых документо .
Таким образом,  настоящее j_fy оптические диски яeyxlky
наиболее перспектиgufbb\ul_kgyxl^jm]b_ghkbl_eb.
К недостаткам k_ohilbq_kdboghkbl_e_cke_^m_lhlg_klbqmств и-
тельность к воздушной пыли (частицы, соизмеримые размерами с и н-
формационным элементом). Они под_j жены таким помехам, как цар а-
пины фотослоя и царапины подложки.

117
§ 16 . Другие типы памяти
16 .1. Оксидная память
В последнее время _^_lky разработка ноh]h типа памяти −
устройстZ высо коемкой резистивной памяти ( Resistive Random A ccess
M emory, RRAM) – на осно_ оксида кремния. Принцип реализации р е-
зистивной памяти состоит lhfqlh диэлектрике, при достаточно в ы-
сокой разности приложенных электрических потенциало образуются
устойчивые каналы проводимости, которые можно разрушать и созд а-
Zlv тысячи раз. Наличие и отсутствие таких пробое  диэлектрике
можно интерпретироZlvdZdbpbnjhых данных.
Ожидается, что RRAM, как более ukhdh_fdZy и быстродейстm ю-
щая память достаточно скоро может полностью ul_kgblkjugdZnewr -
устройстZ.
Производители считают, что hafh`_gыпуск чипо55$0jZaf е-
ром с почтоmxfZjdmb_fdhklvxL;^Zgguo.

Рис. 4 3. Оксидная память
16.2. П амять на кZjp_ом стекле
Выше были рассмотрены различные типы носителей информации,
каждый из которых имеет свои достоинстZb недостатки. Одним общим
недостатком для k_oghkbl_e_cyляется ограниченное время существ о-
Zgby носителя (k_ они постепенно портятся). Недаgh пояbehkv с о-
общение, что hafh`gh на йден способ преодоления этого недостат ка,
использоZgb_f  качест_ носител я информации, кZjp_ h]h стек ла .
Уже был продемонстрироZg опытный образец, предстаeyxsbc собой
кZ^jZlgmx пластинку со стороной 2 см и толщиной 2 мм . Запись да н-
ных производится короткими интенсивными импульсами фемтосекун д-

118
ного лазера, формирующими  кZj цеhf стекле масси наноструктур.
Информация хранится  пяти измерениях: три пространственные коо р-
динаты наноструктуры плюс ее размер и ориентация. Каждая нан о-
структура определенным образом изменяет напраe_gb_ и поляризацию
проходящего через нее с_lZ чт о делает hafh`guf считыZgb_ да н-
ных. Эти точки предстаeyxl информацию  привычной нам дhbqghc
форме, и могут быть считаны с помощью оптического микроскопа. Ув е-
личение плотности записи информации достигается за счет у_ebq_gby
количестZkeh_ записи.
В демонстрационном эксперименте были успешно произведены з а-
пись текстового файла размером 300 Кбит ljbhlklhysbo^jm]hl^jm]Z
на 5 мкм слоя наноструктуироZgguoh[eZkl_cbql_gb_wlh]hnZceZ.
Самым же примечательным сhckl\hf этого носителя яey_lky его
устойчивость к g_rgbf воздействиям, как физическим, так и химич е-
ским. В качест_beexkljZpbblZdhcmklhcqb\hklbijb\h^blkylZdhcj е-
зультат: этот носитель u^_j`Ze^ухчасоhcijh]j_ при 1000 С. Этот
результат дал основание утверждать, что хранение информ ации на таком
носителе возможно  течение сотен миллионо лет. Впрочем , этот р е-
зультат jy^ebdhfm -нибудь удастся про_jblv…

119
Приложение 1 . Системы счисления
КодироZgb_bgnhjfZpbb
Из сказанного ur_ykghqlhdhfivxl_jесьма непростое устро й-
стh и для того, чтобы он мог эффектиgh обрабатыZlv различную и н-
формацию (числоmx текстоmx графическую и т.д.), ее необходимо
предстаblv  определенном виде, а именно в b^_ определенных зн а-
ко Такое предстаe_gb_ информации назыZ_lky кодироZgb_f В
компьютерах используется дhbqgh_ кодироZgb_ т.е. любая информ а-
ция по определенным правилам прео б-
разуется и представляется в b^_gZ[ о-
ра циф р 1 или 0. Каждая цифра м а-
шинного двоичного кода несет инфо р-
мацию [blH^gbfbai_j\uofZl е-
матико которые занимались дhb ч-
ной системой счисления, был Готфрид
Вильгельм Лейбниц (1666 г., «Иску с-
стh состаe_gby комбинаций»). У
Лейбница и hagbdeZ мысль , что дв о-
ичная система может стать уни_ р-
сальным логическим языком.
Для того чтобы выяснить, что т а-
кое дhbqguc код и почему использ у-
ется именно он, необходимо раз о-
браться  том, каким образом можно записыZlv количест_ggmx и н-
формацию об объектах. Оказыв ается, что для этого принято использ о-
Zlv числа, записанные с использоZgb_f определенных знакоuo с и-
стем и по особым правилам. Соhdmighklv знакоuo систем и правил
записи чисел называется системой счисления.
Позиционная и непозиционная системы счисления
В поk_^g_ной жизни мы  основном пользуемся десятичной с и-
стемой счисления (хотя сущестmxl 60 -тиричная, 12 -тиричная и многие
другие).
Потребность считать у чело_dZ возникла очень давно. Еще пиф а-
горейцы говорили, подчеркиZyijZdlbq_kdmxjhevqbk_e жи зни чел о-
_dZ<k__klvqbkeh.

Медаль, нарисоZggZy<E_c[gbp_fi о-
ясняет соотношение между дhbqghcb
десятичной системами счисления

120
Однако сначала счетные операции были не так сложны, поэтому
можно было обходиться самой простой системой счисления, делая з а-
сечки на палке или складыZydZfmrdb
По мере развития цивилизации, количестZ считаемых предметов
hajZklZebbwlhaZklZило чело_dZbah[j_lZlv[he__m^h[gu_kihkh[u
их учета. Многие развитые цивилизации имели сhbkbkl_fukqbke_gby
устройство которых зависело от уровня развития народа, традиций и
многого другого . Рассмотрим несколько самых ярких пр имеро.
Египетская система
Египтяне придумали эту систему около 5 тыс . лет тому назад. Это
одна из дреg_crbo систем записи чисел, известная чело_dm Запись
производилась с помощью рисункоijbеденных в таблице.

Цифра = Изображение = Цифра = Изображение =
N= = 10 000 = =
10 = = 100 00M = =
10M = = 1 000 00M = =
1000 = = 10 =000 00M = =
=
Несложно заметить, что  изображениях цифр отражены предметы
быта и некоторые другие предстаe_gby[ulhавшие в то j_fy.
ЗаписыZebkvpbnju  b^_ последоZl_evgh]hjy^ZgZqbgZшег о-
ся с больших значений и заканчи Zxs_]hky меньшими. Если цифры к а-
кого -либо разряда отсутствоZeblhhgbijhimkdZebkvGZijbf_j,
− 1205,
− 1 023 059.
Записанное число определяется суммироZgb_ k_o записыZ_fuo
цифр с учетом их разряда.

121
Система индейцеFZcy
В осно_ этой системы лежал счет пятерками, т.е. при достижении
пяти изменялось изображение симheZ.

Цифра = Изображение = Цифра = Изображение =
N= = V= =
O= = 10 = =
P= = 11 = =
Q= = 12 = =
R= = 13 = =
S= = 15 = =
T= = 19 = =
8= = 0 или 20 = =
=
Цифры записывались  b^_ столбцо с у_ebq_gb_f разряда с_ р-
ху вниз. Например,


16 23 79
Число определялось суммироZgb_f k_o записыZ_fuo цифр с
учетом их разряда, также как и ^j_\g__]bi_lkdhckbkl_f_kqbke_gby.
Латинская (римская) система
Латинская система в озникла  дреg_f Риме. Для изображения
цифр и споль зоZeb сь букuihwlhfmhgZgZauалась алфаblghckbkl е-
мы счисления.

122

Цифры = N= R= 10 = 50 = 10M = 50M = N=00M =
Изображение = I= s = u = i= C= a = M (ранее Ф) =
=
Запомнить последоZl_evghklv изображений цифр этой системы
довольно сложно, но есть подсказка. Рассмотре\gbfZl_evghbah[jZ` е-
ния k_o цифр, можно заметить, что каждое предыдущее изображение
есть половинка от последующего. I − это полоbgZhl V , а X − это сумма
дmo V прямой и пере_jgmlhc и т.д. Сло жнее дело обстоит с М, но это
исключение, ранее эта цифра изображалась как Ф.
ЗаписыZebkv цифры числа слева напраh от большего значения к
меньшему.
Однако  этой системе счисления сущестm_l дополнительное пр а-
beh последоZl_evgh одна и та же цифра не может быть записана
больше четырех раз, такая комбинация заменяется комбинацией с пр а-
behf\uqblZgby , например: XXXX = X L (50 10); IIII = IV (5 1); CCCC
= CD (500 100).
Пример, записи числа в латинской системе счисления
CCXXXVII = 100+100+10+10+10+5+1+1 = 237 .
Такая нумерация преобладала  Италии до XIII _dZ а  других
странах Западной Ев ропы − до XVI _dZ. Она очень распространена в
архитектуре, и гуляя по центру Москu можно и сейчас уb^_lv на ф а-
садах зданий год их постройки, указанный  латинской сист еме счисл е-
ния.
Сл аygkdZy глаголическая система счисления также была алфаb т-
ной. Она организована по тем же правилам, что и латинская, однако и с-
пользует изображение славянских бук Для того чтобы не перепутать
букu и цифры, использоZebkv титла − горизон тальные черточки над
числами, или точки.
ИспользоZeZkvhgZk9,,,ih;,,,\.
Эти системы счисления, несмотря на их графические различия,
имеют одно общее сhckl\h − число определяется суммироZgb_f k_o
записанных цифр с учетом их разряда.
Такие системы счисления назыZxlky непозиционными, т.е. зап и-
санное число находиться как сумма k_o oh^ysbo  него цифр и не з а-
bkblhlboiheh`_gby Непозиционными системами яeyxlkylZdb_k и-

123
стемы счисления,  которых каждый симhe сохраняет свое значение
незаbkbfhhl места его положения qbke_
Существуют другие системы счисления назыZ_fu_ позиционн ы-
ми.
Система счисления назыZ_lky позиционной, если одна и та же
цифра имеет различное значение  зависимости от ее положения  п о-
следоZl_evghklb цифр, изображающей чис ло. Это значение меняется
по некоторому закону  однозначной заbkbfhklb от позиции, занима е-
мой цифрой .
Примером позиционной системы счисления яey_lky десятичная
система, наиболее приuqgZy для нас и используемая  поk_^g_ной
жизни. Есть осноZgbyiheZ] ать, что ее начали использоZlv_s_ 1200
годах н.э.
В десятичной системе любое число можно записать  виде суммы
слагаемых, яeyxsboky произведением числа 10  какой -либо степени
умноженного на коэффициент,  качестве которого uklmiZxl цифры
записыZ_fh го числа.
Рассмотрим пример. Число 689 ^_kylbqghckbkl_f_[m^_laZibk а-
но следующим образом
.
Могут быть и другие системы счисления,  осноZgbb которых м о-
жет быть абсолютно любое число. Тогда запись этого числ а будет опр е-
деляться так (мы рассматриZ_f  качест_
примера числа, состоящие только из трех цифр, а их может быть сколько
угодно). Пусть задано число  hkvf_jbqghc системе – 167. Запишем
его: .
Разумеется, в се числа могут быть пере_^_gu из одной системы в
другую.
Переh^qbk_ebah^ghckbkl_fukqbke_gby\^jm]mx
ПреобразоZgb_ числа из одной системы  другую не такая уж
сложная задача. Для этого нужно записать его  развернутом b^_ так
как мы делали  пред ыдущем параграфе, а затем вычислить его знач е-
ние.
Рассмотрим это на примерах. Поскольку мы гоhjbebh^_kylbqghc
и восьмеричной системах, установим связь между ними. 1 9 10 8 100 6 10 9 10 8 10 6 689 0 1 2
10             0 1 2 g c g b g a abc g       0 1 2
8 8 7 8 6 8 1 167      

124
Возьмем k_ тоже число 167 и запишем его  развернутом b^_ а
затем uqbkebf_]hagZq_gb_
.
Далее мы будем использоZlv дhbqgmx систему, которая лежит 
осно_сех устройств в ЭВМ.


10
0 1 2
8 119 7 48 64 1 7 8 6 64 1 8 7 8 6 8 1 167                 . 109 1 1 2 0 4 1 8 1 16 0 32 1 64 1
2 1 2 0 2 1 2 1 2 0 2 1 2 1 1101101
10
0 1 2 3 4 5 6
2
              
              

125
Приложение 2. Лабораторный практикум
Лабораторная работа № 1
И ССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ (ТТЛ)
ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
Содержание работы заключается  изучении уни_jkZevguo тра н-
зисторных логических элементо («И -НЕ», « ИЛИ НЕ» ) при потенц и-
альном способе физического предстаe_gbybgnhjfZpbb.
Приборы и принадлежности: макет с транзисторными схемами,
мультиметр или hevlf_lj , источник и питания (4,5 В) .
В_^_gb_
В цифроuo uqbkebl_evguo устройстZo обычно применяются
потенциальный и импульсный способы физического предстаe_gby и н-
формации. Электрическим импульсом назыZxl напряжение (ток), о т-
личающийся от постоянного уроgy в течение короткого промежутка
j_f_gb Импульсы могут иметь различную форму. Наибольшее ра с-
пространение получили прямоугольные и треугольные импульсы.
П ри потенциальном способе (рис. 1) дmf значениям переменной
«1» и «0» соответстmxljZagu_mjh\g и напряжения khhl\_lkl\mxs_c
точке схемы (потенциальный код).

Рис. 1
В данной работе используется потенциальный способ предстаe е-
ния информации. В работе предлагается изучить реализацию логических
операций на дискретных элементах – транзисторах.
Логи ческие схемы на транзисторах обладают значительным пр е-
имущестhf по сраg_gbx с логическими схемами, uiheg_ggufb на

126
диодах, так как последние требуют hkklZghления энергии, потерянной
 логических цепях, а транзисторы , одноj_f_ggh , uihegyxl функции
и переключателей , и усилителей.
Поиски поur_gby экономичности транзисторных логических эл е-
менто при_eb к созданию схем с непосредст_ggufb связями,  кот о-
рых коллектор одного транзистора непосредст_ggh связан с коллект о-
ром и эмиттером другого , без каких -либо переходных элементоKo_fu
с непосредст_ggufb сyayfb могут иметь как паралле льное (рис. 2 ),
так и после доZl_evgh_ jbk3 ) включение транзисторо<aZ bkbfhklb
от кодироZgby oh^guo сигнало одна и та же схема при любом de ю-
чении транзисторов мож ет выполнять либо операцию «ИЛИ -НЕ», либо
«И -НЕ» .

Рис. 2 Рис. 3
Рассмотренные логические схемы в общем случае могут работать
как при потенциальной, так и при импульсной форме сигнало.
Задания, измерения и обработка результатов
Задание 1. Изучите и объясните работу схемы, uihegyxs_ceh] и-
ческую опера цию «НЕ» (рис. 4а) .
а) Соберите рабочую схему ин _jlhjZbah[jZ`_ggmxgZjbk[ .
б) На собранной установке про_jvl_ uiheg_gb_ логической оп е-
ра ции «НЕ» и заполните таблицу истинности . Измерьте напряжения на
uoh^_( U вых ) при подаче на базу сигнала «0» ( ) и «1» ( ). U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X 2
К
Э
Б
X 1
Y U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X 2
К
Э
Б
X 1
Y 0
c U 1
c U

127
Указание : положение ключа СВ соответствует сигналу «1», СА –
сигналу «0».


а б
Рис. 4
Задание 2. Изучите работу транзисторных логических элементо с
непосредст_ggufbk\yayfb.
а) Соберит е схему, изображенную на рис. 5 и изучите ее работу на
положительных сигналах  соответствии с кодироZgb_f заданным на
рис. 6а. Измерьте напряжения на uoh^_ ( U вых ) при пояe_gbb сигнала
«0» ( ) и «1» ( ) на oh^ZoAZihegbl_lZ[ebpm истинности.

Рис. 5 U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
Y
B
C
A 0
c U 1
c U U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X 2
К
Б
X 1
Y
U C

128

а) б)
Рис. 6

Установите, какую логическую функцию выполняет данная схема?
Измените кодироZgb_ сигнало (рис. 6 б). Заполните таблицу и с-
тинности и про_jvl_baf_gblkyeb\uihegy_fZyeh]bq_kdZynmgdpby .
б) Соберит е схему, изображенную на рис. 7, изучите ее работу на
положительных сигналах  соответствии с кодироZgb_f заданным на
рис. 6а . Заполните таблицу истинности .

Рис. 7
Установите, какую логическую функцию выполняет данная схема?
Измените кодироZgb_ (рис. 6б). Заполните таблицу истинности и
про_jvl_baf_gblkyeb\uihegy_fZyeh]bq_kdZynmgdpby .
Задание 3. Изучите и объясните работу схемы, uihegyxs_ceh] и-
ческую операцию «И».
На собранной устаноd_ (схем на рис. 8) проверьте uiheg_gb_ л о-
гической операции «И» и заполните таблицу истинности. 0
10
C
U 1
C
U 0
10
C
U 1
C
U U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X 2
К
Э
Б
X 1
Y
C C
U C
B

129

Рис. 8
Задание 4. Изучите и объясните работу схемы, uihegyxs_ceh] и-
ческую операцию «ИЛИ».
На со бранной устаноd_ (схема на рис. 9) про_jvl_ uiheg_gb_
логической операции «ИЛИ» и заполните таблицу истинности.

Рис. 9
Контрольные вопросы
1. В чем преимущестh транзисторных и диодно -транзисторных
схем?
2. Объясните работу транзистора в ключеhfj_`bf_.
3. Как работает на транзисторах схема «ИЛИ -НЕ»? схема «И -НЕ» ? R1
+U
К
Э
Б
X 2
К
Э
Б
X 1
Y
C C
UC
B
U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
Y U вых
R 1
+ U
К
Э
Б
YU вых
R 1
+ U
К
Э
Б
X 2
К
Б
X 1
Y
U C

130
Лабораторная работа № 2
ИЗУЧЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА «И –НЕ»
Содержание работы заключае тс я  изучении логики элемента
«И− НЕ» , сборке и изучении простейших импульсных устройст.
Приборы и принадлежности: панель с микросхемой К155 ЛАЗ, ис-
точник и питания (4,5 В) , мультиметр или вольтметр (5 В) .
Литература:
1. Лачин В.И., Са_eh Н.С. Электроника: Учебное пособие.  Ростов -на -Дону:
Феникс, 2002. – 576 с.
2. Марко Б.Г. Ос ноu микроэлектроники и цифроhc электроники: Учебное
пособие.  Волгоград: Перемена, 2004. – 168 с.
3. Милоahjh О.В., ПанкоB=We_dljhgbdZMq_[gbd  М.: Высшая школа.
– 288 с.
4. Прянишнико В.А. Электроника: Полный курс лекций.  СПб.: КОРОНА
прин т, 2004. – 416 с.
В_^_gb_
Лабораторная работа посys_gZ изучению логического элемента
«И−НЕ» на микросхеме К155 ЛА3 , яeyxs_cky осноhc
для создания различных цифроuomkljhckl, описанных
ur_.
Микросхема К155 ЛА3 состоит из четырех элеме н-
то «И -НЕ» . Цифра дZ  маркироd_ содержит инфо р-
мацию о числе oh^h каждого из элементо В данном
случае он имеет 2 oh^Z (сущестmxl логические эл е-
менты с большим количестhf входо , каждый из кот о-
рых работает независимо друг от друга. Цепи питания
микрос хемы общие и их не принято изображать на сх е-
ме.
Схе матически микросхема изображена на рисунке ,
где u\h^u 1 и 2 в ходы перh]h элемента, а u\h^ 3 –
его выход и т.д.
Выh^ 7 соединяется с отрицательным полюсом и с-
точника питания, а uод 14 – с положительным . Напр я-
жение питания – 4, 5 В. Так как элементы независимы, их
ko_fZoqZklhbah[jZ`Zxlhl дельно . & 1
2
3
& 4
5
6
& 9
10
8
& 12
13
11

131
Задания, измерения и обработка результатов
Задание 1. Про_jvl_jZ[hlhkihkh[ghklv микросхем ы.
Подайте на микросхему напряжение 4, 5 В. Измерьте напряжение на
uодах микросхемы с помощью мультиметра или вольтметра . Для эт о-
го отрицательный вы ход прибора соедините с общей − отрицательной
шиной микросхе мы , а положительным uодом коснитесь поочередно
oh^guo u\h^h 1, 2, 4, 5, 9, 10, 12, 13, затем uoh^guo 3, 6, 8, 11. На
oh^guo клеммах должно быть напряжение порядка 1,5 В, а на uoh д-
ных – не более 0,3 В.
Задание 2. Про _jvl_eh]bdm дейстbywe_f_glZ« И -НЕ» .
Состаvl_ таблицу ис тинности для элемента « И -НЕ» и про_jvl_
логику работы этого элемента. Для этого подайте напряжение питания
4, 5 В на микросхему. Для подачи логиче ского «0» oh^ микросхемы (1
или 2) соедините с отрицательн ым uoh^hf источника питания. Чтобы
пода ть логиче скую единицу «1» на oh^ ы микр осхемы (1 или 2) испол ь-
зуйте положитель ный uoh^bklhqgbdZiblZgby5 В. В качест_bg^ и-
катора используйте муль тиметр или вольтметр .
Задание 3. Изучите осноgu_ логические опера ции «НЕ», «ИЛИ»,
«И» . Собери те схем ы «НЕ», «ИЛИ», «И» из элементо « И -НЕ» и пр о-
_jvl_eh]bdmjZ[hluwlbowe_f_glh по таблицам истинности .
Задание 4. Сост аvl_ логическую схему функции « ИСКЛЮЧА Ю-
ЩЕЕ ИЛИ» на элементах « И -НЕ» . Если  Zr_c логической схеме не
более четырех эле менто « И -НЕ» , соберите схему и проверьте логику
дейстby.
Контрольные вопросы
1. Состаvl_lZ[ebpmbklbgghklb^eywe_f_glZB -НЕ» .
2. Н ачертите схемы реализации базовых функций на элементе «И -НЕ» .
3. Состаvl_ таблицу истинности для функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ».
4. Начертите схему функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» на элементе
«И -НЕ».
5. Перечислите и докажите сhckl\Z функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ».

132
Лабораторная работа № 3
ИЗУЧЕНИЕ ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА «ИЛИ –НЕ»
Содержание работы заключае тся  изучении логики элемента
«ИЛИ -НЕ» , сборке и изучении простейших импульсных устрой ст.
Приборы и принадлежности: микросхема К155ЛЕ5 , панель с
красным светодиодом, панель с зеленым с_lh^bh^hf источник и пит а-
ния (4,5 В) , мультиметр или вольтметр (5 В) .
Литература:
1. Лачин В.И., Са_eh Н.С. Электроника: Учебное пособие.  Ростов -на -Дону:
Феникс, 2002. – 576 с.
2. Марко Б.Г. Осноu микроэлектроники и цифроhc электроники: Учебное
пособие.  Волгоград: Перемена, 2004. – 168 с.
3. Милоahjh О.В., ПанкоB=We_dljhgbdZMq_[gbd  М.: Высшая школа.
– 288 с.
4. Прянишнико В.А. Электроника: Полный курс лекций.  СПб.: КОРОНА
принт, 2004. – 416 с.
В_^_gb_
Лабораторная работа посвящена изучению лог и-
ческого элемента «ИЛИ−НЕ» на микросхеме К155 ЛЕ5,
яeyxs_cky осноhc для создания различных цифр о-
uomkljhckl, описанных выше.
Микросхема К155 ЛЕ5 состоит из четырех эле ме н-
то « ИЛИ -НЕ». Цифра дZ  маркировке содержит и н-
формацию о числе oh^h каждого из элементо В
данном случае он имеет 2 входа (сущестmxl логич е-
ские элементы с большим количеством oh^h), ка ж-
дый из которых работает независимо друг от друга.
Цепи питания микросхемы общие и их не принято
изображать на схеме.
Схематически микросхема из ображена на рису н-
ке , где u\h^u 2 и 3 входы первого элемента, а u\h^
1 – его выход и т.д.
Выh^ 7 соединяется с отрицательным полюсом
источника питания, а u\h^ 14 – с положит ельным.
Напряжение питания – 4, 5 В. Так как элементы незав и-
симы, их в схемах часто изображают от дельно . 1 2
3
1
1 5
6
4
1 8
9
10
1 11
12
13

133
Задания, измерения и обработка результатов
Задание 1. Про_jvl_jZ[hlhkihkh[ghklv микросхем ы.
Подайте на микросхему напряжение 4, 5 В. Измерьте напряжени е на
uодах микросхемы с помощью мультиметра или вольтметра . Для эт о-
го его отрицательный u вод соедините с общей − отрицательной шиной
микросхемы , а положительным u\h^hfdhkgbl_kvihhq_j_^ghходных
uо до 2, 3, 5 , 6, 8, 9, 11, 12, затем uoh^guo 1, 4, 10, 13 . На oh^guo
должно быть напряжение 1,5 В, а на выходных – не более 0,3 В.
Задание 2. Про _jvl_eh]bdm дейстbywe_f_glZ« ИЛИ -НЕ» .
Состаvl_ таблицу ис тинности для элемента « ИЛИ -НЕ» и про_j ь-
те логику работы этого элемента. Для этого подайте напряжение пит а-
ния 4, 5 В на микросхему и подключите красный с_lh^bh^dыходу (1 )
элемента «И ЛИ -НЕ ». Для подачи логиче ского «0» вход микросхемы (2
или 3 ) соедините с отрицательн ым uoh^hf источника питания. Чтобы
пода ть логиче скую единицу «1» на oh^ ы мик росхемы (2 или 3 ) испол ь-
зуйте положит ельный uoh^bklhqgbdZiblZgbyY . В качест_bg^ и-
катора испол ьзуйте мультиметр или вольтметр .
Задание 3. Изучите осноgu_ логические операции «НЕ», «ИЛИ»,
«И» . Собе рите схемы «НЕ», «ИЛИ», «И» на элементах «ИЛИ -НЕ» и
про_jvl_eh]bdmjZ[hluwlbowe_f_glh по таблицам истинности .
Контрольные вопросы
1. Состаvl_lZ[ebpmbklbgghklb^eywe_f_glZB ЛИ -НЕ».
2. Начертите схемы реализации базовых функций на элементе «И ЛИ -
НЕ».
3. Состаvl_ таблицу истинности для функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ».
4. Начертите схему функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» на элементе
«И ЛИ -НЕ».
5. Перечислите и докажите сhckl\Z функции «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ».

134
Приложени е 3. Материалы по организации занятий
Рабочая программа дисциплины «О сноu
микроэлектроники »
Целью курса яey_lky обучение будущего учителя информатики
продуктиghfm hkijbylbx технических аспектов информатики
настолько, чтобы он предстаeyekmlvkhременных электронных систем
и творч ески применял полученные знания на практике, например, в
школьно й кружковой работе.
Осноgu_aZ^ZqbdmjkZ:
– формироZgb_ знаний  области теоретически х принципо микр о-
электроники;
– оeZ^_gb_ умениями и наudZfb оценки функциональных, колич е-
ст_gguobdZq_kl\_gguooZjZdl_jbklbdfbdjhwe_dljhgguodhfi о-
нентоdhfivxl_jh и периферийных устройст
Результатом изучения курса должны стать:
– знания о физических осноZo полупроводниковой микроэлектрон и-
ки;
– предстаe_gby о принципах построения электронных приборо и
устройстkj_^klами микроэлектроники;
– предст аe_gby о технологических и технических аспектах средств
информатики и, прежде k_]h принципах конструироZgby эл е-
ментной базы цифроhc\uqbkebl_evghcl_ogbdbbkj_^kl комм у-
никаций .
Рабочий план
В_^_gb_. История развития uqbkebl_evghc техники. Этапы ра з-
blby микроэлектроники. Осноgu_ положения и принципы микроэле к-
троники. Факторы, определяющие развитие микроэлектроники. Класс и-
фикация изделий микроэлектроники. Соj_f_ggu_ направления разв и-
тия микроэлектроники .
Элементы алгебры логики. Осноgu_hi_jZpbb булеhc алгебры.
Базоu_ и уни_jkZevgu_ логические функции. Графическое изображ е-
ние. Таблица истинности. Логическая функция «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ» и ее сhcklа. ТождестZ и законы. Минимизация логических
функций. Карты Карно .

135
Арифметико -логические устройстZ. Основные логические оп е-
рации: сраg_gb_ дhbqguo чисел (цифровой компаратор), контроль
четности, мажорит арность, логический порог . Одноразрядный дhbqguc
полу сумматор. Полный сумматор. Принцип построения многоразрядных
сумматороIhemычитатель. Пол ный в ычитатель.
Узлы цифровой электроники. Ш ифраторы, де шифраторы. Мул ь-
типлексоры, демультиплексоры. Принцип работы, графические изобр а-
жения. Построение на базовых и уни_jkZevguoeh]bq_kdbowe_f_ нтах .
Элементы последоZl_evghc логики. Триггер. Классификация и
назначение триггеро Асинхронный RS −триггер, синхрон ный
RS− триггер, D -триггер, T -триггер. Графическое изображение. Таблицы
истинности. Счетчики . Ре гистры.
Память компьютера. Классификация запоминающих устройств
(ЗУ) по назначению, способам записи, хранения и поиска информации.
Принципы записи и хранения информации. Т риггер как элемент памяти .
Физические принципы записи и хранения информации. Зап о-
минающая среда. Запись, хранен ие и считыZgb_bgnhjfZpbb .
УстройстZiZfylbkfZ]gblghcaZibkvxFZ]gblgucghkbl_eve р-
ганизация памяти на ж естком (HDD) и гибком (FDD) магнитном диске.
Физические принципы записи и хранения информации на лазерном ди с-
ке (CD ROM) .
Общ ие с_^_gby о полупро h^gbdZo Р -n переход. Полупроh^gbd о-
uc диод. Биполярные и униполярные транзисторы. Диодные ключи,
транзисторные ключи на биполярных транзисторах. Транзисторные
ключи на униполярных транзисторах. Триггер на биполярных транз и-
сторах. УстройстZ памяти на по лупроводниках .
Оптические запоминающие устройстZ . Голографическая память .
Магнитооптическая память. Память на с_joijh\h^gbdZo Криотрон.
Элемент Кроу.
Интегральная память машины и перспек тиu__jZa\blby .
План семинарских занятий
Семинар 1. Элементы булеhcZe]_[juLh`^_klа и законы алге б-
ры логики. Таблица истинности. Логические функции и их минимиз а-
ция.

136
Семинар 2. Применение методоpbnjhой электроники для разр а-
ботки электронных схем. Задачи (dexq_gb_aукоuobkетоuokb]g а-
ло 
Се минар 3. Арифметико -логические устройстZbboj_ZebaZpbygZ
базовых логических элементах. Их реализация на базовых логических
элементах.
Семинар 4. Узлы цифровой электроники.
Семинар 5. Триггеры
Семинар 6. Контрольная работа.
Семинар 7. Диодно -транзисто рная логика.
Семинар 8. Зачетное занятие.
Задачи для подготоdbddhgljhevghcjZ[hl_
1. Докажите теорему де Моргана для трех переменных:
.
2. Спроектируйте логическую схему для трех переменных, которая в ы-
полняет следующую операцию: на выходе схемы формируется «1» 
случае , если только на один oh^ih^ZgZ «1». Опишите эту функцию м а-
тематически.
3. Определите, спра_^eb\uebijb\_^_ggu_gb`_lh`^_klа:
а) ;
б) .
4. Упростите следующие выражени я, используя теорему де Моргана:
а) ;
б) .
5. Пусть схема реализует функцию kbkl_f_kiheh` и-
тельной логикой. Какой сигнал она будет формироZlv  системе с о т-
рицательной логикой?
6. Изобр азите логическую схему, реализующую функцию
.
7. Изобразите схему, которая реализоuала бы заданную функцию на
элементах «И -НЕ» и «ИЛИ -НЕ»
. 3 2 1 3 2 1 x x x x x x    3 1 2 1 3 2 3 1 2 1 x x x x x x x x x x     ) )( ( 3 2 1 3 2 1 2 1 x x x x x x x x   3 2 1 3 2 1 x x x x x x  ) )( ( 3 2 1 2 1 x x x x x    4 3 2 1 ) ( x x x x y   3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     ) )( )( )( ( 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y         

137
8. Минимизируйте функцию всеми возможными способами
.
9. Упростите функцию

10 . Минимизируйте функцию с помощью карты Карно
а) ;
б) .
11 . Преобразуйте следующие выражения из СДНФ в СКНФ
.
12 . Постройте схемы, которые бы реализоZeb записанные функции
только на элементах «И -НЕ»:
а) ;
б) .
13 . Реализуйте следующие ujZ`_gby используя только элементы «И -
НЕ» с двумя входами:
а) ;
б)
14 . Упростите следующие выражения :
а) ;
б) .
15 . Минимизируйте записанные ниже ujZ`_gby алгебраическими м е-
тодами:
а) ;
б) .
Список лабораторных работ
№ 1. ИсследоZgb_jZ[hluljZgabklhjguo LLE eh]bq_kdboko_f .
№ 2. Изучение базоuo логических функций на осно_ уни_jkZevguo
элементо «И –НЕ» .
№ 3. Изучение базоuo логических функций на осно_ уни_jkZevguo
элементов «ИЛИ –НЕ» . 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     3 1 3 2 3 2 1 3 2 1 ) ( x x x x x x x x x x y    3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x y    3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x y    3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y     ) )( )( ( 3 2 1 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x y        4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 x x x x x x x x x x x x y    ) )( )( )( ( 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 x x x x x x x x x x x x x x x x y              4 3 1 4 3 1 4 3 2 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x x x x x x x x y      ) )( )( )( )( )( ( 4 3 4 2 3 2 4 1 3 1 2 1 x x x x x x x x x x x x y        ) )( )( ( 3 2 3 2 1 3 2 3 2 1 x x x x x x x x x x y     )) ( )( ( 3 2 3 2 1 3 2 1 x x x x x x x x y   

138
Примерная тематика рефератов
1. Механические и электромеханические устройстZbfZrbgu.
2. Самосчеты Буняковского .
3. М ножительное устройство Слонимского .
4. Счислитель Куммера .
2. История развития электронных вычислительных компоненто.
3.Технология произh^kl\Zbgl_]jZevguoko_f.
4. Эволюция ид еи аналитических машин.
5. Аналитическая машина Ч. Беббиджа.
6. История развития аналитических машин в России.
7. Эволюция и роль систем ввода -u\h^ZbgnhjfZpbb.
8. История развития ЭВМ в России.
9. Физические осноu криогенной памяти ЭВМ .
10 . Физические осноu голографической памяти ЭВМ .
11 . Физические осноu магнитной памяти ЭВМ .
12 . Физические осноu магнитооптической памяти ЭВМ .
13 . Архитектура носителей информации.
14 . История развития компакт диско Сраgbl_evguc анализ п а-
раметро.
15. Пе рспективы увеличения емкости памяти на основе наноте х-
нологий.

139
Рекомендуемая литература
Основная
1. Марко Б.Г. Осноu микроэлектроники и цифровой электроники. –
Волгоград: Перемена, 2004.
2. Уилкинсон Б. Основы проектирования цифровых схем. – М., СПб.,
КиеBa^Zl_evkdbc^hf<bevyfk.
3. Корнее В.В., Киселе А.В. Соj еменные микропроцессоры. – М.: Н о-
лидж , 1998.
4. Лачин В.И., Савело Н.С. Электроника. – Ростов -на -Дон у: Феникс ,
2002 .
5. Мнеян М.Г. С_joijhодники  современном мире. – М.: Прос_s е-
ние, 1991.
Дополнительная
1. АZg_kyg=JE_шин В.П. Интегральн ые микросхемы ТТЛ, ТТЛШ. –
М.: Машиностроение , 1993.
2. Арсенье Ю.Н. Проектирование систем логического упраe_gby на
микропроцессорных средстZo – М. : Выс шая школа , 1991.
3. Вычисл ительные машины, системы и сети/ Под ред. А.П. Пятибрат о-
Z . – М.: Финансы и статистика , 1991.
4. Ефимо И.Е., Козырь И.Я., Горбуно Ю.И. Микроэ лектроника. Физ и-
ческие и технологические основы, надежность. – М.: Высшая школа,
1986.
5. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы bgnhjfZpbhggh -
измерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986.
6. ИZgh Е.Л., СтепаноBFOhfydh К.С. Периф ерийные устройстZ
– ЭВМ и систем . – М.: Высшая школа , 1987.
7. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К. Информатика/ П од ред. Е .К. Хе н-
нера . – М .: ACADEMIA, 1999.
Литература д ля работы над темами рефератов
книги
1. Академик С.А. Лебеде− Кие 
2. Апоки н И.А., Майстро Л. Е. История uqbkebl_evghc техники. От
простейших счетных приспособлений до сложных релейных систем. –
М.: Наука, 1990.

140
3. Апокин И.А., Майстро Л. Е. Развитие uqbkebl_evguo машин. – М.:
Наука, 1974.
4. Апокин И.А., Майстро Л.Е., Эдлин И.С. Чарльз Бэбидж (1791 –1871) .
– М.: Нау ка, 1971.
5. Балашо Е.П., Частико А.П. Эволюция вычислительных систем. –
М.: Знание, 1981. – 64 с. – (Новое  жизни, науке, технике. Сер. Ради о-
элек троника и связь; № 3).
6. Балашо Е.П., Частико А.П. Эволюция мини – и микроЭВМ. Малые
uqbkebl_evgu_ машины. – М.: Знание, 1983. – 63 с. – (Ноh_  жизни,
науке, технике. Сер. Радиоэлектроника и связь; № 2).
7. Дорфман В. Ф., ИZgh\ Л. В . ЭВМ и ее элементы. Развитие и оптим и-
зация. – М.: Радио и связь , 1988.
8. Кобаяси Н. В_^_gb_  нанотехнологию. – М.: БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2005. – С. 51 -56.
9. МайстроE?I_lj_gdhHE. Приборы и инструменты историческ о-
го значения: Вычислительные машины. – М.: Наука, 1981 .
10 . Малиноkdbc Б.Н. История вычислительной техники ebpZo – Киев:
КИТ. 1994.
11 . Розин В. М. Философия техники . – М., 2001.
12 . Солоv_ Н.В. Возникно_gb_ и разblb_ электроаlhfZlbdb и сче т-
но -решающих устройст России: а lhj_n . канд . дис . – М., 1962.
журналы
1. Вайзер М. Компьютер XXI _dZ/ В мире науки. − 1991. − № 11. – С. 40.
2. Гелернтер Д. Соj_f_ggh_ijh]jZffbjhание / В мире науки. − 1987.
− № 12. – С. 36.
3. Кан Р.Ж. Компьютерные сети / В мире науки. − 1987. − № 12. – С. 66.
4. Крайдер М.Х. Технология хранения данных/ В мире науки. − 1987. −
№ 12. – С. 46.
5. Макинтош А.Р. Компьютер АтанасоZ/ В мире науки. − 1988. − № 10.
– С. 70.
6. Мейндл Д.Д. Микросхемы для компьютеров / В мире науки. − 1987. −
№ 12. – С. 26.
7. Пилед Э. Следующая компьютерная реhex ция / В мире науки. − 1987.
− № 12. – С. 6.
8. Реннелс Г.Д., ШортлифЭ.Г. Вычислительные систе мы для медицины /
В мире науки. − 1987. − № 12. – С. 86

141
9. Спасский И.Г . Происхождение и история русских счетов // Ист. –мат.
исследо Zgby – 1952. – Вып. 5. – С. 269 -420.
10. Столл К. Первый карманный арифмометр/ В мире науки. − 2004. −
№ 4. – С. 76.
11. Тишин А.М. Память соj_f_gguo компьютеро Соросоkdbc обр а-
зоZl_evguc`mjgZe – 2001. – Т. 7. − № 7. – С. 116 -121.
12 . Топчее Ю.И . Об истории создания супер ЭВМ // История науки и
техники. – 2002. – № 5. – С. 37 -41.
13 . Топчеев Ю.И. История создания цифроuo механических и электр о-
ме ханических uqbkebl_evguo машин // История науки и техники. –
2002. – № 2. – С.48 -58.
14. Тунг Х.М.Д., Гупта А. Персональный компьютер/ В мире науки. −
1983. − № 8. – С. 53.
15 . Фокс Д.К., Мессина П.К. Архитектура компьютеро/ В мире науки. −
1987. − № 12. – С. 16.
16 . Фоли Д. Чело_dh -машинные интерфейсы / В мире науки. − 1987. − №
12. – С. 58.
17 . Хат П., Сассмен Д.Д. Вычислительные системы для научных иссл е-
доZgbc / В мире науки. − 1987. − № 12. – С. 76.
18. Хопкрофт Дж. Машины Тьюринга/ В мире науки. − 1984. − № 7. –
С. 36.
19 . Эрисман А.М., НеbkD<. Вычислительные системы для аlhfZlba а-
ции производстZ / В мире науки. − 1987. − № 12. – С. 96.
Ретро литература
1. Бооль фон В.Г. Арифмометр ЧебышеZLjhl^_e_gby физ. наук О -Z
любителей естествознания. – 1984. – Т. 7. − В ып. 1. – С. 12 -22.
2. Бооль фон В.Г. Приборы и машины для механического hkijhba\h д-
стZZjbnf_lbq_kdbo^_ckl\bc – 1896. – 244 с.
3. Бубно Н.М. Подлинное сочинение Герберта об абаке или система
элементарной арифметики классической древности. – Киев:
Н.Т. Корчак -Ноbpdbc – 510 с.
4. Бунякоkdbc В.Я. О самосчетах и о ноhf их применении. – СПб.,
1876. – 28 с.

142
Приложение 4 . Лабораторный практикум для
учащихся общеобразовательной школы

Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИ И «И» (НА КЛЮЧАХ)
Цель работы – ознакомить учащихся с логической операции «И» и
реализацией ее с помощью ключей.
Оборудование :
1) ключи (2 шт.);
2) лампа накалиZgby;
3) источник питания;
4) проh^Zkh_^bgbl_evgu_.
Задание 1 . Соберите цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

Рис. 1
Каждый из дmo ключей на рис. 1 может находиться только  о д-
ном из состояний – dexq_ghbeb\udexq_gh.
Присвойте определенное значение каждому положению ключа и
состоянию лампы. Например:
Ключ закрыт – 1
Ключ открыт – 0
Лампа включена – 1
Лампа выключена – 0
Задание 2 . Исследуйте по_^_gb_ лампы при различных полож е-
ниях ключей и khhl\_lklии с таблицей 1. Заполните таблицу 1,
обозначи состояние лампы  соответстbb с присh_ нными  предыд у-
щем задании.
X 1 X 2
0
1
0
1 1X 2X

143
Таблица 1
Положение ключа Состояние лампы
Ключ Ключ
0 0
0 1
1 0
1 1
Задание 3 . Сделайте u\h^ о том, какую операцию uihegy_l из у-
ченная ключевая схема.


Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИ И «ИЛИ» (НА КЛЮЧАХ)
Цель работы – ознакомить учащихся с логической операции
«ИЛИ» и реализацией ее с помощью ключей.
Оборудование :
1) ключи (2 шт.);
2) лампа накалиZgby;
3) источник питания;
4) проh^Zkh_^bgbl_evgu_.
Зада ние 1 . Соберите цепь по схеме, изображенной на рис. 1.

Рис. 1
Каждый из дmo ключей на рис. 1 может находиться только  о д-
ном из состояний – dexq_ghbeb\udexq_gh.
Присвойте определенное значение каждому положению ключа и
состоянию лампы. Например:
Ключ закрыт – 1 1X 2X X 1
X 2
0
1
0
1

144
Ключ открыт – 0
Лампа включена – 1
Лампа выключена – 0
Задание 2 . Исследуйте по_^_gb_ лампы при различных полож е-
ниях ключей и khhl\_lklии с таблицей 1. Заполните т аблицу 1,
обозначи состояние лампы  соответстbb с присh_ggufb  предыд у-
щем задании.
Таблица 1
Положение ключа Состояние лампы
Ключ Ключ
0 0
0 1
1 0
1 1
Задание 3 . Сделайте uод о том, какую операцию выполняет
изученная ключеZyko_fZ.

Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИ И «НЕ» (НА КЛЮЧАХ)
Цель работы – ознакомить учащихся с логической операции «НЕ»
и реализацией ее с помощью ключей .
ОборудоZgb_
1) ключ;
2) лампа накалиZgby;
3) источник питания;
4) проh^Zkh_^bgbl_evgu_.
Задание 1 . Соберите цепь по схеме, изображенной на рис. 1.
Ключ на рис. 1 может находиться только  одном из состояний –
dexq_ghbeb\udexq_gh.
Присвойте определенное значение каждому положению ключа и
состояни ю лампы. Например:
Ключ закрыт – 1
Ключ открыт – 0
Лампа включена – 1
Лампа выключена – 0
1X 2X 1X 2X

145

Рис. 1
Задание 2 . Исследуйте по_^_gb_ лампы при различных полож е-
ниях ключа  соответствии с таблицей 1. Заполните таблицу 1, обозн а-
чи состояние лампы khhl\_lkl\bbkijbk\h_ggufb ij_^u^ms_fa а-
дании.
Таблица 1
Положение ключа Состояние лампы
1
0

Задание 3 . Сделайте uод о том, какую операцию выполняет
изученная ключеZyko_fZ.
Задание 4 . Исследуйте уни_jkZevguc логический элемент «И -
НЕ».
Для чего соберите цепь по схеме, предстаe_gghc на рис. 2 и з а-
полните таблицу 2.

Рис. 2
X 1
0 1 X 1
0
1
X 2
0
1

146
Таблица 2
Положение ключа Состояние лампы
Ключ Ключ
0 0
0 1
1 0
1 1

Задание 5 . Исследуйте уни_jkZevguceh]bq_kdbcwe_f_glBEB -
НЕ».
Для чего соберите цепь по схеме, предстаe_gghc на рис. 3 и з а-
полните таблицу 3.


Рис. 3
Таблица 3
Положение ключа Состояние лампы
Ключ Ключ
0 0
0 1
1 0
1 1

1X 2X X 1
0 1
X 2
0 1 1X 2X

147
Приложение 5 . Методические рекомендации для
проведения курса по u[hjm для учащихся осноghc
школы
Курс по u[hjm для учащихся осноghc школы « Системы
счисления. ДhbqgZykbk тема счисления и ЭВМ »
Цели изучения курса : познакомить
1) с историей создания uqbkebl_evguomkljhckl,
2) системами счисления,
3) дhbqghcZjbnf_lbdhcwe_f_glZfbfZl_fZlbq_kdhceh]bdb
4) простейшими способами реализации их на ключевых элеме н-
тах.
Задачи курса :
 Развитие предстаe_gbc школьнико о системах счисления и
дhbqghcZjbnf_lbd_ .
 ФормироZgb_ навыко сборки электрических цепей, выпо л-
няющих простейшие логические операции.
Рекомендуемое время про_^_gby курса  осноghc школе – l о-
рое полугодие 8 класса.
Те матическое планироZgb_ курса по u[hjm для осноghc
школы

п/п
Тема Всего
часов
КоличестhqZkhy
Лекции Практич е-
ские зан я-
тия
Лабор а-
торные
работы
1 В_^_gb_.
История разblby uqb с-
лительной техники
2 2 0 0
2 Системы счисления.
Двоичная система счи с-
ления
4 2 2 0
3 Элементы булеhc а л-
гебры
6 2 1 3
4 Логические микросхемы 3 1 0 2
5 Итогоh_ занятие. Ко н-
ференция
2 0 2 0
Всего 17

148
Программа курса по выбору
В_^_gb_
Информация, ее предстаe_gb_ и обработка. Единицы измерения
количестZbgnhjfZpbb.
Компьютер ─ осноgh_ техническое средстh информационных
технологий.
История развития uqbkebl_evghcl_ogbdb
Краткая история ЭВМ: осноgu_ этапы развития ; устройстZ
служащие для uqbke_gbcgZdZ`^hfwlZi_kедения о людях, g_krbo
сущест_gguc\deZ^\jZaитие ЭВМ.
Поколения ЭВМ. ПерспектиujZa\blbydhfivxl_jghcl_ogbdb.
Системы счисления. ДhbqgZykbkl_fZkqbke_gby
КодироZgb_bgnhjfZpbb
Позиционная и непозиционная системы счисления. Перевод чисел
из одной системы счисления ^jm]mx.
ДhbqgZykbkl_fZkqbke_gby
ДhbqgZy арифметика. Дhbqgu_ переменные и функции. Форм у-
лы для uqbke_gby^оичных функций. Примеры uqbke_gby^\hbqguo
функций .
Элементы булеhcZe]_[ju
Что такое алгебра? Дhbqgu_ алгебры как математическая осноZ
построения логических схем компьютеро Базис алгебры логики и б у-
леhc алгебры. Базоu_ и уни_jkZevgu_ логические функции. Тожд е-
стZbaZdhgu[me_ой алгебры.
Задачи, использующ ие операции двоичных алгебр.
Лабораторные работы, позволяющие реализоZlv базовые логич е-
ские функции (лабораторные работы № 1 ─ № 3 ).
Лабораторные работы, позволяющие построить уни_jkZevgu_
логические функции (лабораторная ра бота № 4 ─ № 5).
Логические м икросхемы
Внешний b^ логических микросхем, особенности их монтажа.
Демонстрация простейших логических операций на микросхемах.
Итоговое занятие. Конференция
Выступления учащихся с рефератами по предложенным темам.

149
Список лабораторных работ
Лабораторная работа № 1. «И сследоZgb_hi_jZpbbG?.
Лабораторная работа № 2. «Ис следоZgb_hi_jZpbbBEB.
Лабораторная работа № 3. «ИсследоZgb_hi_jZpbbB» .
Лабораторная работа № 4. «ИсследоZgb_ уни_jkZevghc логич е-
ской функции «ИЛИ -НЕ» .
Ла бораторная работа № 5. «ИсследоZgb_ уни_jkZevghc логич е-
ской функции «И -НЕ» .
Примерные темы реферативных работ
1. Простейшие вычислительные инструменты.
2. Кто придумал арифмометр?
3. Что такое информация и как она передается?
4. Значение информации для чело_dZ.
5. Источники и каналы получения информации чело_dhf.
6. Источники и каналы получения информации растениями и ж и-
hlgufb.
7. История развития ЭВМ.
8. Язык и арифметика машины.
9. Применение ЭВМ в науке и технике.
10. Применение ЭВМ в искусст_.
11. ИспользоZgb_dhfivxl_jZijbh[mq_gbb.

150
Для заметок

151
Для заметок

152




Людмила ВасильеgZDhjhe_а,
Елена БорисоgZI_ljh\Z




ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ


Учебное пособие






Подписано в печать 02.02.2016 г.
Формат издания 60×84/16. Бумага офсетная.
Гарнитура «Таймс».
Тираж 1 00 экз. Усл. печ. л. 9,5 .




Издатель Карпо?<.
121609, МоскZme<_j_ckdZy^9




Отпечатано в типографии "Триада -С", ИНН 5018115668
141080, М.О., г. Королёme>a_j`bgkdh]h^2
Тел. (495) 287 -4130.
X