April 24th, 2012

Аналоговые и цифровые интегральные схемы, 1985

В прошедший четверг я в компьютерном зале кафедры Прикладная Математика устанавливал программное обеспечение Altera Quartus II Web Edition Software , которое необходимо для работы с двумя платами ПЛИС (FPGA) Altera DE0-Nano и DE0, которые мне недавно прислал Юрий Панчул в дополнение к уже имеющейся ПЛИС Digilent Basys 2:




DE0-Nano


DE0

Quartus II - IDE для разработки, симуляции и синтеза проектов на HDL (Verilog) - по сути полный аналог программного обеспечения Xilinx ISE WebPack, но пришлось ставить его рядом с уже имеющимся Xilinx ISE, т.к. как выяснилось, что производители плат ПЛИС лочат своих пользователей не только на железо, но и на полный стек программного обеспечения - Xilinx ISE не сможет синтезировать прошивку для ПЛИС Altera (там даже другой формат файла прошивки - .sof) и тем более прошить ее на ПЛИС Altera, ну и наоборот - Quartus II не сможет синтезировать прошивку (bit-файл) для ПЛИС Xilinx и залить ее на плату Xilinx. К счастью, Quartus II также имеет родную Linux-версию и среда установилась, заработала и начала работать с имеющимися устройствами почти без проблем, а основные концепты написания кода на Verilog и синтеза прошивки для ПЛИС практически идентичны за исключением нескольких второстепенных нюансов в процессе синтеза.



Пока я проверял работоспособность платы DE0-Nano, ко мне подошел сотрудник кафедры Игорь Валерьевич Лапшин - ведущий электроник, и спросил, чем я таким интересным занят. Я сказал, что готовлюсь к очередной лабе с ПЛИС, чтобы показать нашим математикам-программистам основы электротехники. Он сразу подтвердил, что это дело хорошее и посетовал, что сейчас молодые программисты не знают даже что такое D-триггер. На что я сразу сказал, что RS-триггер, D-латч и D-триггер мы как раз делали неделю назад на предыдущей лабоработорной работе и даже сделали из 4х D-триггеров 4хбитный регистр памяти, который запоминает значение на ребре (изломе) синхронизирующего сигнала.

Потом я для демонстрации побыстрому синтезировал на плате Digilent Basys 2 простую программу на Verilog, которая соединяет светодиод и рычаг sw через пару булевых операций. Плате ПЛИС Игорь Валерьевич нисколько не удивился, рассказал, что они с ними постоянно имеют дело и рассказал, как они примерно устроены внутри из логических вентилей, а вот языки HDL в частности Verilog насколько я понял у нас не так сильно распространены - в качестве инструмента для работы используется например среда LabVIEW, программы в которой создаются на специальном графическом языке программирования, т.е. по сути рисуются мышкой как диаграммы наверное типа UML.

Мы еще немного разговорились - Игорь Валерьевич рассказал мне, как работает транзистор на примере конструкции из нескольких трубок с водой, пружины и специальной пробки:



После первой лабораторной работы, в которой транзистор использовался для построения логического элемента НЕ (NOT), мне было уже очень легко понять, зачем все это нужно. Поэтому я думаю, что выбранный принцип - сначала потрогать что-то руками, а уже потом понять, как это устроено, видимо в некоторых ситуациях действительно работает.

В ответ я рассказал, что недавно читал новость про то, как японские ученые построили компьютер из живых крабов - на самом деле они реализовали логические операции AND, OR и NOT, т.е. в первую очередь сделали почти тоже самое, чем мы занимались на первой лабораторной работе, только использовали крабов вместо диодов и транзистора.

Еще мы вспомнили про фотонный компьютер и Игорь Валерьевич рассказал мне про то, что для снятия значения одного бита 1/0 в модулях флеш-памяти используется n-p переход, на который действует магнитное поле заряженного проводника, помещенного внутрь диэлектрика.

Напоследок Игорь Валерьевич решил подарить мне книгу "Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы", 1985 г., редакция С.В. Якубовского. Как оказалось, книга вполне актуальна в рамках текущего курса, т.к. в ней описываются основные базовые понятия - в частности тот же RS-триггер и архитектура ЭВМ, при этом насколько мне показалось при беглом знакомстве, книга содержит некоторый уклон в сторону физики и даже в последнем разделе приводит методологию производства электронных приборов, т.е. например после прохождения текущего поверхностного курса, она при необходимости может оказаться хорошим следующим шагом в сторону углубления понимания этой области.

(замечание: в ЖЖ похоже окончательно доломали движок галереи - для увеличения можно кликнуть на картинку, а потом еще раз кликнуть на пустой белый прямоугольник с иконкой разорваной страницы)






Предисловие





Оглавление





Collapse )

Полную версию можно скачать например здесь: http://www.radiobiblioteka.ru/content/view/899/42/