Об электронике микроЭВМ

Микропроцессор — прибор электронный, а поэтому для успешной работы с ним нужно владеть азбукой электроники. Необходимо, в частности, знать, что такое электрический ток, напряжение, сопротивление. Уяснить последовательное и параллельное соединение сопротивлений и источников тока. Разобраться в общих принципах работы электронных элементов, из которых состоят средства вычислительной техники: резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов, логических элементов И , ИЛИ, НЕ. Усвоить работу простейших электронных устройств: триггера, регистра, генератора импульсов, выпрямителя; и наконец, научиться чертить и читать электрические схемы.

Чтобы лучше разобраться в перечисленных вопросах, полезно как можно чаще иллюстрировать физический смысл различных явлений с помощью аналогий и житейских сравнений, приводимых в популярной литературе. Например, электрический ток часто сравнивают с потоком воды в трубах. Как известно, заставить воду течь по трубе можно, прикладывая определенное усилие в виде напора, создаваемого водяным насосом или сосудом, поднятым на высоту, Диалогично, чтобы з проводнике возник электрический ток, также необходима некоторая сила, называемая электродвижущей силой, напряжением или разностью потенциалов и, в отличие от напора воды, создаваемая не насосом, а химическим (батарея, аккумуляторы) или механическим (динамомашины ) способами, с помощью света (фотоэлементы) или тепла (термоэлементы). Общеизвестно, что чем больше напор воды, тем с большей силой вода вытекает из крана. Аналогично: чем больше напряжение, тем больше сила тока. В этом состоит смысл основного закона электротехники — закона Ома.

Высота расположения дома зависит от того, по отношению к чему ее замеряют. Так происходит и с определением напряжения на выводе микросхемы. По отношению к одному выводу напряжение может составлять + 5В , по отношению к другому — О В, а по отношению к третьему — 5 В. Обычно принято измерять высоту расположения какой-либо местности или здания от уровня моря, а в электронных схемах измерение напряжения условились производить по отношению к общему выводу источника питания.

Чтобы понять смысл словосочетания общий вывод, рассмотрим схему подключения источников питания к микропроцессору типа КР580ИК80А, рассмотренному далее (с. 50). Эта схема пригодится нам при сборке микроЭВМ.

Основная часть электронных элементов микропроцессора КР580ИК.80А требует для своей работы источник питания, имеющий напряжение 5 В. Источник питания должен быть подключен так, как показано на рис. Вывод -+- источника питания нужно подключить к выводу 20 микропроцессора, а вывод — — к выводу 2.

Некоторая часть элементов микропроцессора требует для своей работы напряжения 12 В. С этой целью к микропроцессору подключают второй источник питания, вывод + которого подключают к выводу 28 микропроцессора, а вывод — — к выводу 2. И наконец, микропроцессор содержит ряд элементов, требующих напряжения 5В , но отрицательной полярности. Поэтому приходится подключать третий источник питания, у которого вывод — подсоединяется к выводу 11 микропроцессора, а вывод + к выводу 2.

Вывод 2, к которому подключено напряжение — 5В (первого источника тока),— 12 В (второго источника тока) и +5 В (третьего источника тока) называют общим выводом (иногда 0 В). По отношению к этому выводу указывают напряжение, имеющееся на всех других выводах микропроцессора.

Изучая принцип действия электронных элементов, можно, на первых порах, ограничиться упрощенным рассмотрением сложных процессов, происходящих в этих элементах. Достаточно, например, усвоить, что диод является полупроводниковым прибором, пропускающим ток в одном направлении — от анода к катоду (в направлении, указанном на рис. 2,. а стрелкой-треугольником, условно обозначающей анод диода). Диод часто сравнивают с водяным клапаном, пропускающим воду в одном направлении, и в литературе, благодаря этой аналогии, диод иногда именуют клапаном.

Транзистор тоже можно рассматривать как устройство, пропускающее ток в одном направлении. У транзистора типа р —п —р (рис. 2, б) ток протекает от эмиттера к коллектору, а у транзистора типа п —р —п (рис. 2, в) от коллектора к эмиттеру. Направление тока указывает стрелка на конце эмиттера. Отличие транзистора от диода заключается в том, что ток, протекающий через транзистор, управляется при помощи тока, подаваемого на базу. Если в цепи базы тока нет, то транзистор закрыт и ток через него не проходит. Подключение тока к базе (в нужной полярности) приводит к открытию транзистора и он начинает пропускать ток. Небольшой ток базы (единицы миллиампер) способен управлять большим (сотни миллиампер) током коллектора. Процессы, происходящие в транзисторе, довольно сложные, особенно когда транзистор работает в режиме усиления, преобразования или генерирования электрических сигналов. В микропроцессорной технике транзисторы используются в ключевом режиме, который сводится к включению или выключению электрического тока, протекающего через транзистор, путем подключения или отключения тока базы. Этот переключающий режим является наиболее простым, позволяющим упростить рассмотрение процессов, происходящих в транзисторе.

Помимо транзисторов биполярного типа (р —п —р и п —р —п ), существуют полевые транзисторы, у которых прохождение тока управляется электрическим полем (отсюда название полевой), создаваемым напряжением, которое подается на вывод, именуемый затвором (рис. 2, г и д ). Роль коллектора здесь выполняет сток, а эмиттера — исток. При этом следует, конечно, оговориться, что электрические процессы, происходящие в полевом транзисторе, совершенно не похожи на те, которые имеют место в биполярном транзисторе, также как и затвор конструктивно выполняется не так, как база, однако для первого знакомства достаточно пока знать, что ток в биполярном транзисторе управляется током базы, а в полевом — напряжением, подаваемым на затвор.

Наши читатели-радиолюбители уже имеют некоторое представление об электронике, позволяющее им собирать и налаживать простейшие радиоэлектронные устройства. Им мы советуем литературу, дающую возможность пополнить свои знания об электронике в объеме, необходимом для изучения микропроцессора. Л тем, кто еще не обладает электронной грамотностью, по желает познать устройство микропроцессора и овладеть сборкой и налаживанием микроЭВМ, порекомендуем литературу.

Помимо теоретических знаний, необходимо иметь практические навыки в работе с электронными элементами и схемами. Поэтому перед сборкой микроЭВМ следует провести серию практических учебных опытов, собирая простейшие электронные схемы и наглядно уясняя принципы их действия.