иом; не может быть и речи о том, чтобы, скажем, в составе кристалла-процессора, который и без того близок к пределу допустимой степени интеграции, размещать еще и мощные транзисторы, питающие шины. Нужны специальные шинные усилители.

Обратимся к схеме, показанной на рис. 3.2,а. Она уже встречалась нам неоднократно, правда, каждый раз входила в состав других, более сложных

Вход о-

выход

а)

Выход

о

Рис. 3.2. Схема шинного усилителя (а) и ее условное обозначение (б)

схем. Усилитель, собранный по этой схеме, может находиться в трех состоят ях. Первое из них - когда на входе, помеченном буквой У (от слова управл; ющий ), действует иапряжение низкого уровня, как мы договорились, меньш чем 0,5 В (логический нуль). В этом случае транзистор V5 пе проводит и в: ход схемы отключен от других транзисторов, С точки зрения цепей, подключе) ных к выходу, самой схемы в этом случае просто пе существует. Такое ci стояние принято называть третьим состоянием, и мы начали с него лишь ni тому, что так проще.

Предположим, что на входе У действует напряжение высокого уровня, Кс мы договорились, больше, чем 2,5 В (логическая единица). Тогда выход схем подсоединен к точке соединения транзисторов V3 и V4, и напряжение на выхо; зависит от состояния этих транзисторов. Пусть па входе схемы логический пул Транзистор VI закрыт, V2 открыт, В точке х действует напряжение, практич СКИ равное напряжению питания. В этом случае транзистор V3 открыт, тра зистор V4 закрыт, в точке у, а следовательно, и на выходе схемы действует н пряжение, практически равное нулю, или логический нуль.

Пусть теперь на входе действует логическая единица. Повторяя толы-что проведенную цепь рассуждений, приходим к выводу, что на выходе п[ этом будет также логическая единица. Нуль на входе - нуль на выходе, ед иица на входе - единица на выходе. Схема просто повторяет на выходе то с стояние, которое имеет место на входе. Но это лишь постольку, поскольку ре идет о логических значениях. Посмотрим, что получается, если рассмотреть все те же процессы с энергетической точки зрения.

Мы говорили, что затворы транзисторов, в частности транзисторов VI и практически изолированы от подложки, поэтому электрический ток в цепях з творов протекать не должен. На самом деле идеальных изоляторов в природе i е бывает, и какой-то ток в цепях затворов все же течет. Правда, сила этого toi может измеряться ничтожными долями микроампера. Кроме того, чтобы пер-

ключить транзистор из одного состояния в другое, необходимо зарядить емкость, затвора. Эта емкость мала, она составляет единицы пикофарад, но все же она существует. Следовательно, в динамическом режиме, т. е. когда транзистор то открывается, то закрывается, в цепи затвора протекает какой-то ток. Пусть этот хок в среднем равен 1 мкА (значение взято с большим запасом). Прн напряжении около 5 В это дает потребление мощности на входе в 5 мкВт.

Что же происходит на выходе? Когда схема находится в состоянии логической единицы, ток, протекающий в выходной цени, определяется тремя факторами, напряжением питания, сопротивлением нагрузки и рассеиваемой транзистором V4 мощностью. Существуют транзисторы, способные пропускать ток в несколько тысяч амиер. Так что при разработке схем, аналогичных показанным на рис. 3.2 (забегая вперед, скажем, что такие схе.мы получили название шинных усилителей), возникает по существуе единственный вопрос: какой выходной ток они должны обеспечивать?

Ответить на этот вопрос довольно трудно. Единственная цель шинных усилителей состоит в том, чтобы мы могли подсоединять к шинам любое число устройств и, чго самое главное, каждый раз, подсоединяя очередное дополнительное устройство, не задумываться о том, хватит нам мощности или нет для питания его входов. Дать разумный ответ на этот вопрос может только практика. И вот практика говорит, что вполне достаточно, если выходные цепи шинного усилителя обеспечивают ток около 50 мА. Умножим на всякий случай эту цифру на два и будем считать, что максимальный выходной ток может быть равен 100 мА. Это дает выходную мощность в 500 мВт. Итак, на входе 5 мкВт, на выходе 500 мВт, выходная мощность в 100 000 раз больше входной, иначе говоря, коэффициент усиления по мощности равен 100 000. Поэтому схема и называется усилителем. Условное обозначение шинного усилителя показано на рис. 3.2,6,

Шинные усилители должны обладать и еще одним свойством, а именно усиливать в обе стороны. Чтобы понять, в чем тут дело, обратимся к рис. 3.1,. точнее, к той его части, которую мы обозначили как магистраль данных. Возможен случай, когда данные, получаемые из ОЗУ, передаются на вход процессора. В этом случае слабый (по мощности) выходной сигнал ОЗУ должен быть усилен, чтобы его мощности хватило для питания процессора. При желании вы можете вернуться к материалу предыдущей главы и посмотреть, сколько различных элементов подключается к тому, что мы назвали внутренней магистралью-данных в процессоре.

Но возможен и другой случай. Результат работы процессора по магистрали данных передается в ОЗУ. При этом слабый (ио мощности) сигнал процессора должен быть усилен так, чтобы его мощности хватило для питания входов ОЗУ, т. е. шинный усилитель должен усиливать в обе стороны. Чтобы понять, как этого добиться, обратимся сначала к схеме, показанной на рис. З.З.а. Часть этой схемы, состоящая из транзисторов VI-V4, повторяет соответствующую часть схемы на рис. 3.2,а. Единственное отличие - это транзистор V5, который представляет собой транзистор со встренным каналом типа р. Не вдаваясь в подробности, укажем лишь, что такой транзистор совершенно не проводит тока, когда напряжение на его затворе велико (логическая единица), и проводит Ток, когда напряжение на его затворе мало (логический нуль). Иначе говоря. Выход схемы, показанной на рис, 3.3,а, подключен к внешней цени, когда на Входе У действует логический нуль (в противоположность тому, что имело мес-

то в схеме, показанной на рис. 3.2,а), и отключен от внешней цепи, когда н входе У действует логическая единица. Условное обозначение этой схемы пока зано на рис. 3.3,6.

дход

выход

Рис. 3.3. Вариант схемы шинного усилителя (а) и ее условное обозначение (б)

-Мы достаточно подготовлены для того, чтобы во всех подробностях рассмот реть работу шинного усилителя (рис. 3.4,а). Здесь имеется восемь усилителей два дополнительных элемента, один из которых, обозначенный значком &, пол} чил название логического элемента И, а второй, обозначенный цифрой 1, - лс гического элемента ИЛИ. Эти элементы настолько распространены, что вряд л имеет смысл входить в какие-либо подробности.

Отметим лишь, что работа элемента ИЛИ описывается таблицей, предстаг ленной на рнс. 3.4,6. Иными словами, высокий уровень напряжения (логическа единица) на выходе элемента ИЛИ будет всегда, за исключением единственнс го случая, когда на обоих входах (на всех входах, если их больше двух) ии: кий уровень напряжения (логические нули). Аналогично работа элемент И описывается таблицей, представленной на рис. 3.4,в. Высокий уровен напряжения на выходе этого элемента (логическая единица) имеет мест в том и только в том случае, если на обоих (на всех без исключения) входа высокий уровень напряжения.

Вернемся к схеме, показанной на рис. 3.4,а, и рассмотрим ее совместно таблицей на рис. 3.4,г, где буквами С и D обозначены логические значеии сигналов, действующих на входах С и D схемы. Буквой F в этой таблице обе значена функция, выполняемая схемой.

Итак, пусть на входах С и D действуют сигналы, имеющие логиче ское значение нуль. Обратившись к таблице на рис. 3.4,в, мы видим, что на вь ходе элемента & действует логический сигнал нуль, а к рис. 3.2,а - что выход верхних из каждой пары усилителей отключены при этом от соответствующп цепей. Далее, обратившись к таблице на рис. 3.4,6, видим, что на выходе эле мента 1 также действует сигнал е логическим значением нуль. Справившись рис. 3.3,а, убеждаемся, что выходы нижних из каждой пары усилителей по/ ключены к соответствующим цепям. Шинный усилитель в целом работает как 4f тыре независимых усилителя, каждый из которых получает на свой вход снгна. поступающий соответственно от точек В1-В4, усиливает этот сигнал и передо ет его к одной из точек А1-А4. Усилители усиливают в направлении справ налево, что символически отмечено в таблице на рис. 3.4,г как В->-А.

Пусть теперь на входах С и D действуют сигналы с логическими зпачени? МН 1. Обратившись к таблице на рис. 3.4,в, видим, что на выходе элемента >

Выха9 о