Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Каждая интегральная схема серии 7400 состоит из логических вентилей, сконфигурированных определенным образом. Некоторые микросхемы — простые логические вентили, из которых можно создать более крупные компоненты; другие — готовые компоненты: триггеры, сумматоры, селекторы и дешифраторы.

Первая ИС серии 7400, имеющая номер 7400, описана в справочнике The TTL Data Book как «счетверенная двухвходовая положительная схема И-НЕ». Это означает, что данная конкретная интегральная схема имеет четыре двухвходовых вентиля И-НЕ. Вентили И-НЕ называются положительными , поскольку наличие напряжения соответствует значению 1, а его отсутствие — значению 0. На следующем рисунке изображена микросхема с 14 выводами и показано, как эти выводы соотносятся со входами и выходами.

Диаграмма — это вид микросхемы сверху (выводы направлены вниз), при этом выемка в корпусе (упомянутая чуть ранее) расположена слева.

Вывод 14 обозначен символами VCC и эквивалентен символу V, который я использовал для обозначения напряжения. По традиции любой двойной подстрочный буквенный индекс рядом с буквой V — источник питания. Буква C в этом индексе — это вход коллектора транзистора, на который подается напряжение. Вывод 7 обозначен буквами GND, что значит «земля» (ground). Каждая интегральная микросхема, которую вы используете, должна быть подключена к источнику питания и земле.

Для микросхем ТТЛ серии 7400 значение VCC должно составлять от 4,75 до 5,25 вольта. Другими словами, питающее напряжение — это пять вольт ± 5%. Если напряжение упадет ниже 4,75 вольта, чип может перестать работать. Если оно превысит значение 5,25, чип может выйти из строя. Обычно для питания микросхем ТТЛ нельзя использовать батарейки. Даже если удастся найти пятивольтовую батарейку, недостаточная точность напряжения сделает ее неподходящим источником питания для этих чипов. Как правило, микросхемы ТТЛ требуют питания от розетки.

Каждый из четырех вентилей И-НЕ микросхемы 7400 имеет два входа и один выход. Они работают независимо друг от друга. В предыдущих главах мы говорили, что входной сигнал может иметь либо значение 1 (при наличии напряжения), либо значение 0 (при отсутствии напряжения). В действительности входной сигнал одного из этих вентилей И-НЕ может варьироваться от нуля вольт (земля) до пяти вольт (VCC). В микросхеме ТТЛ напряжение, находящееся в диапазоне от 0 до 0,8 вольта, соответствует логическому нулю, а напряжение от двух до пяти вольт — логической единице. Напряжения от 0,8 до 2,0 вольта следует избегать.

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

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

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

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