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编码 隐匿在计算机软硬件背后的语言 · 第 272 页

PDF 物理页索引 288 · 编码隐匿在计算机软硬件背后的语言

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编码 隐匿在计算机软硬件背后的语言
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编码隐匿在计算机软硬件背后的语言
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作为一名数字电路设计工程师,你应当多花点时间看完《TTL数据手册》这本书,使自己熟悉用得到的TTL芯片类型。一旦你熟知了使用的工具,那么就可以使用TTL芯片构造一台第17章中的计算机。将芯片连接起来比将一个个的晶体管连接起来容易得多,但你可能不会考虑使用TTL来做64KB RAM阵列。1973年出版的《TTL数据手册》中,列出的容量最大的RAM芯片仅仅只有256×1位,制造64 KB需要2048个芯片!对制造存储器来讲,TTL绝非最好的技术。关于存储器将在第21章中详细讨论。

或许你想使用更好一点的振荡器。只要将TTL反相器的输出连接到输入,就会获得一个振荡器,而且其振荡频率更容易计算。这种振荡器使用石英晶体制造相当简单,石英晶体放在带有两个引线的密封小扁罐中。这些石英晶体的振荡频率在一个特定的值,通常情况下是每秒至少振荡一百万个周期,称1兆赫兹,缩写为MHz。如果要使用TTL制造第17章中的计算机,那么需要时钟频率为10MHz才可以使其运行良好,每条指令执行时间为400ns。当然,这比使用继电器来做任何我们所构想的事情都要快。

芯片家族中另一位明星(至今仍是)是CMOS,CMOS表示互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor)。如果你是一名 20 世纪 70年代中期的使用CMOS集成电路进行电路设计的爱好者,那么可能会使用到一本名为《CMOS数据手册》的书作为参考源,该书由美国国家半导体公司出版,可以在当地的Radio Shack商店买到,书中涵盖了CMOS 家族中 4000 系列的IC的信息。

TTL供电电压要求在4.75\~5.25V范围内。而对于CMOS来说,范围在3\~18V内的电压均可,这是非常灵活的。此外,CMOS相比TTL需要更少的能量,这使得用电池运行小型CMOS 电路变得可行。CMOS的缺点是速度慢,比如,在供电电压为5伏的情况下,CMOS 40084位全加器可以保证的传播时间只有750 ns。CMOS 芯片的传播速度会随着电压提高而提高——10V时为250ns,15伏时为190 ns,但仍不能与 TTL4 位加法器的24 ns的传播时间相媲美(25年前,TTL的速度与 CMOS 低功率之间的权衡是非常清晰的,斗转星移,今天TTL已经拥有了低功率版本而CMOS也有了高速版本)。

在实际应用中,芯片的连接是在一个塑料“面包板”(如下图所示)完成的。

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