БІЛЕТ № 11№1 CDMA (англ. Code Division Multiple Access, Множинний доступ із кодовим розподілом каналів) — одна з можливих технологій мультиплексування, тобто одночасної передачі даних у спільному діапазоні (так званому каналі) радіочастот. Для забезпечення доступу до каналу багатьом користувачам — множинний доступ — дані кодуються спеціальним кодом, асоційованим із кожним каналом, і використовуються властивості конструктивної інтерференції спеціальних кодів, щоб здійснювати мультиплексування. Це є головною відміною методу CDMA від інших методів мультиплексування: TDMA, де канал ділиться між користувачами за часом, чи FDMA де розподіляються частоти. [ред.] Використання CDMA використовується у багатьох комунікаційних системах, наприклад: Глобальна Система Позиціонування (GPS) система позиціонування Galileo супутникова система OmniTRACS для транспортної логістики. [ред.] Подальший розвиток На базі CDMA розроблено новий стандарт передачі даних W-CDMA для цифрових систем мобільної телефонії т.зв. 3-го покоління (3G) UMTS (подекуди вживається позначення 3GSM). Лідером на ринку цієї технології вважається фірма Qualcomm (США), котрій належать основні патенти на технологію CDMA. Нею також розроблено стандарт CDMA2000. Фірми Alcatel Shanghai Bell та Datang Mobile спільно розробили (з листопада 2001 по серпень 2005) третій стандарт — TD-SCDMA, котрий планують використовувати на китайському ринку. [ред.] Технічні деталі В основі CDMA лежить технологія передачі SST (DH-SS Direct Sequence Spread Spectrum), коли інформація ніби «розмазується» по широкому спектру частот. Послідовність інформаційних бітів множать на псевдовипадкову послідовність коротких імпульсів. Одержують сигнал у ширшому частотному діапазоні значно меншої інтенсивності. Для декодування такої послідовності потрібно знати псевдовипадкову послідовність, яку використовували під час передачі. Цей механізм кодування забезпечує: захист сигналу від підслуховування. Треба знати псевдовипадкову послідовність-ключ. Цим пояснюють широке використання цього підходу військовими та стільниковими мережами; захист сигналу від перешкод. Широкосмуговість сигналу дає змогу просто поновлювати сигнал, особливо якщо перешкоди вузькосмугові. Так само сигнал захищений і від тимчасового зникнення на окремих частотах (фейдинг (fading)); широкосмугове передавання та ліпший захист від завад дають змогу зменшити потужність передавачів, збільшити час дії акумуляторів та дещо зменшити шкідливий вплив цієї технології на здоров'я людини; дві абонентські станції, які працюють у межах одної стільникової комірки на однаковій частоті з використанням різних кодових послідовностей, практично не створюють перешкод одна одній. Тому для станцій, які працюють у межах однієї комірки, відведено спільний частотний діапазон завширшки 1, 25 МГц, а також фрагменти спільної псевдовипадкової кодової послідовності (зі своїм зсувом від початку). У мережі CDMA параметри розміру комірки, якості передавання та кількості каналів взаємозалежні. Наприклад, чим більше каналів у комірці, тим більше взаємних перешкод через неповну незалежність кодових послідовностей і тим гірша якість передачі. Чим більший розмір комірки, тим слабший корисний сигнал і тим меншим повинен бути рівень перешкод. Емпіричним шляхом визначено, що в одному частотному діапазоні 1, 25 МГц можна розмістити до 18 каналів для мобільних та 30 каналів для стаціонарних користувачів. Це майже у дев'ять разів більше, ніж у мережах AMPS. Ще однією перевагою CDMA є можливість використання у сусідніх комірках одного й того ж частотного діапазону, що полегшує планування мережі та збільшує кількість каналів. Особливістю, яка поліпшує якість передавання у CDMA-мережах, є механізм обробки переходу абонента з однієї комірки до іншої. В інших технологіях під час такого переходу спочатку розривається зв'язок з однією базовою станцією, а потім налагоджується з іншою (hard handoff, break before make). Це знижує якість передачі. У технології CDMA завдяки збереженню однієї частоти-носія у сусідніх комірках можна спочатку налагодити сполучення з новою станцією, а вже потім розірвати з попередньою. Це поліпшує якість переходу і дає змогу опрацювати передачу у «прикордонній зоні», коли передавач може багато разів переходити зі сфери діяльності однієї базової станції до іншої та назад. Мережі технології CDMA сьогодні активно впроваджують не лише у традиційній сфері стільникового зв'язку, а й у частотному діапазоні PCS, виділеному для роботи як телефонів, так і іншого обладнання персонального зв'язку. Вони перевершують інші технології за якістю передавання та кількістю каналів. Наприклад, для CDMA потрібно на 30-40% менше базових станцій, ніж для аналогічних мереж GSM та у два-три рази менше станцій, ніж для мереж AMPS. Водночас вартість обладнання CDMA внаслідок його складності сьогодні вища, ніж аналогічного обладнання інших мереж. На вищих рівнях протоколу мережі передачі даних використовують спеціальні протоколи, орієнтовані на стільникову мережу. №2 Архітектура мікропроцесорної системи
Поняття архітектури мікропроцесора визначає його складові частини, а також зв'язки та взаємодію між ними. Архітектура містить: 1) структурну схему самого МП; 2) програмну модель МП (опис функцій регістрів); 3) інформацію про організацію пам'яті (ємність пам'яті та способи її адресації); 4) опис організації процедур введення-виведення. Існують два основних типи архітектури мікропроцесорної системи – фоннейманівська та гарвардська. Структурні схеми обох архітектур містять: процесорний елемент, пам'ять, інтерфейси введення-виведення (ІВВ) і пристрої введення-виведення (ПВВ). Пам'ять і ІВВ для різних типів МП можуть бути як внутрішніми (розміщуватися на тому ж кристалі, що і процесорний елемент), так і зовнішніми. Процесорний елемент містить регістри, арифметико-логічний пристрій (АЛП), пристрій керування і виконує функції обробки даних та керування процесами обміну інформацією. Пам'ять забезпечує зберігання кодів команд програми і даних. Інтерфейси призначені для зв'язку з ПВВ (наприклад, з клавіатурою, дисплеєм, принтерами, датчиками інформації). Усі елементи структурної схеми з'єднані за допомогою шин.
Рисунок 1 – Структурна схема з процесором фоннейманівської архітектури
Розширену структурну схему МПС з процесором фоннейманівської архітектури наведено на рисунку 1. Схема процесора містить пристрій керування, АЛП, регістри: адреси, да- них, команд, стану, акумулятор, лічильник команд та вказівник стека. Пристрій керування відповідно до кодів команд та зовнішніх сигналів керування і сигналів синхронізації виробляє сигнали керування для всіх блоків структурної схеми МП, а також керує обміном інформацією між МП, пам'яттю і ПВВ. Пристрій керування реалізує такі функції: 1. Функція початкового встановлення МП. Зовнішній сигнал початко- вого встановлення процесора RESET формується при ввімкненні джерела живлення МП або при натисканні кнопки RESET. У разі появи цього сигналу пристрій керування забезпечує завантаження нульового значення у програмний лічильник, що ініціює вибірку з пам'яті байта команди з нульовою адресою. Наприкінці вибірки вміст лічильника команд збіль- шується на одиницю і вибирається байт команди з наступною адресою. Таким чином виконується вся записана у пам'яті програма. 2. Функція синхронізації. Згідно із зовнішніми сигналами керування і сигналами синхронізації пристрій керування синхронізує роботу всіх блоків МП. 3. Функція переривань. Із надходженням сигналу переривання пристрій керування ініціює роботу підпрограми обробки відповідного переривання. Потреба у реалізації функцій переривань виникає тоді, коли під час виконання основної програми треба перевести МП на розв'язання іншої задачі, наприклад, обробки аварійної ситуації або роботи з ПВВ. 4. Функція узгодження швидкодії модулів мікропроцесорної системи. Під час обслуговування пам'яті та ПВВ із значно меншою швидкодією, ніж МП, узгодження швидкодії вирішується генерацією тактів очікування МП, а під час обслуговування пристроїв з більшою швидкодією, ніж МП, використовується режим безпосереднього доступу до пам'яті. Арифметико-логічний пристрій являє собою комбінаційну схему на основі суматора, який сигналами з виходів пристрою керування налагод- жується на виконання певної арифметичної або логічної операції: додавання, віднімання, І, АБО, НЕ, виключне АБО, зсув, порівняння, десяткова корекція. Отже, АЛП виконує арифметичні або логічні операції над операндами, які пересилаються з пам'яті і/або регістрів МП. Одержаний після виконання команди в АЛП результат пересилається в регістр або комірку пам'яті. Регістри призначені для зберігання n-розрядного двійкового числа. Вони являють собою п тригерів зі схемами керування читанням/записом та
вибірки. Регістри створюють внутрішню пам'ять МП і використовуються для зберігання проміжних результатів обчислень. Акумулятор – це регістр, у якому зберігається один з операндів. Після виконання команди в акумуляторі замість операнда розміщується результат операції. Вказівник команду або програмний лічильник, призначений для збері- гання адреси комірки пам'яті, яка містить код наступної команди. Програму дій МП записано в пам'яті у вигляді послідовності кодів команд. Для переходу до наступної команди вміст лічильника збільшується на одиницю у момент вибирання команди з пам'яті. Наприкінці виконання команди в лічильнику команд зберігається адреса наступної команди. Вказівник стека – це регістр, який зберігає адресу останньої зайнятої ко- мірки стека. Стеком або стековою пам'яттю називається область пам'яті, організованої за принципом «останній прийшов – перший пішов». Регістр команд зберігає код команди протягом усього часу виконання команди. Регістр адреси і регістри даних призначені для зберігання адрес і даних, які використовуються під час виконання поточної команди у МП. Регістр стану або регістр прапорців (ознак) призначений для зберігання інформації про результат операції в АЛП і являє собою декілька тригерів, які набувають одиничних або нульових значень. №3 Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики). Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ, в принципе повторяет структуру ДТЛмикросхем и в то же время за счёт использования многоэмиттерного транзистора, объединяет свойства диода и транзисторного усилителя что позволяет увеличить быстродействие и энергопотребление, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы. ТТЛ получила широкое распространение в компьютерах, электронных музыкальных инструментах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре и автоматике (КИПиА). Благодаря широкому распространению ТТЛ входные и выходные цепи электронного оборудования часто выполняются совместимыми по электрическим характеристикам с ТТЛ. Максимальное напряжение в схемах с ТТЛ может достигать 24В, однако это приводит к большому уровню паразитного сигнала. Достаточно малый уровень паразитного сигнала при сохранении достаточной эффективности достигается при напряжении 5В, поэтому данная цифра и вошла в технический регламент ТТЛ. ТТЛ стала популярной среди разработчиков электронных систем после того, как в 1965 году фирма Texas Instruments представила серию интегральных микросхем 7400. Данная серия микросхем стала промышленным стандартом, но ТТЛ-микросхемы производятся и другими компаниями. Более того, фирма Texas Instruments не была первой, кто начал выпуск ТТЛ микросхем, несколько ранее его начали фирмы Sylvania и Transitron. Тем не менее промышленным стандартом стала именно серия 74 фирмы Texas Instruments, что в значительной мере объясняется большими производственными мощностями фирмы Texas Instruments, а также её усилиями по продвижению серии 74. Поскольку биполярные ИМС серии 74 фирмы Texas Instruments стали наиболее распространёнными, их функционально и параметрически повторяет продукция других фирм (Advanced Micro Devices, серия 90/9N/9L/9H/9S Fairchild, Harris, Intel, Intersil, Motorola, National и т.д). Важность ТТЛ заключается в том, что ТТЛ-микросхемы оказались более пригодны для массового производства и при этом превосходили по параметрам ранее выпускавшиеся серии микросхем (резисторно-транзисторная и диодно-транзисторная логика). [править] Принцип работы
Упрощённая схема элемента 2И-НЕ. Принцип работы ТТЛ с простым инвертором: Биполярные транзисторы могут работать в режимах: отсечки, нормально активный, инверсно активный и насыщения. В инверсно активном режиме эмиттерный переход закрыт, а коллекторный переход открыт. В инверсном режиме коэффициент усиления транзистора значительно меньше, чем в нормальном режиме, из-за несимметричного конструктивного исполнения переходов база-коллектор и база-эмиттер. Если ноль подаётся на один из входов VT1, то наблюдается максимальный входной ток I=(E-0, 7)/R1. В этом случае через другие эмиттерные переходы может наблюдаться паразитный ток. Чтобы он не был слишком велик неиспользуемые входы элемента присоединяются к источнику питания +5В, − 5В через резистор с сопротивлением 1кОм, который может работать на 10 входов ТТЛ. Если свободные входы не подключаются ни к чему, то логика работы схемы сохраняется но паразитная ёмкость входных цепей будет уменьшать быстродействие цепи из расчёта 2 нс на 1 вход. Свободные входы могут воспринимать сигнал помехи, который может привести к сбою в работе схемы. Если резистор R2 не используется, то мы имеем дело с элементом с открытым коллектором, у которого в условном обозначении используется дополнительный символ.
Логический элемент 3И-НЕ в серии микросхем 74LS(К555)[1] ТТЛ (как и ТТЛШ) является прямым наследником ДТЛ и использует тот же принцип действия. Входной ТТЛ-транзистор (в отличие от обычного) имеет несколько, обычно от 2 до 8, эмиттеров. Эти эмиттеры выполняют роль входных диодов (если сравнивать с ДТЛ). Многоэмиттерный транзистор по сравнению с применявшейся в схемах ДТЛ сборкой из отдельных диодов занимает меньше места на кристалле и обеспечивает более высокое быстродействие. Следует отметить, что в микросхемах ТТЛШ, начиная с серии 74LS, вместо многэмиттерного транзистора используется сборка диодов Шоттки (серия 74LS) или PNP транзисторы в сочетании с диодами Шоттки (серии 74AS, 74ALS), так что фактически произошёл возврат к ДТЛ. Название ТТЛ заслуженно носят лишь серии 74, 74H, 74L, 74S, содержащие многоэмиттерный транзистор. Все более поздние серии многоэмиттерного транзистора не содержат, фактически являются ДТЛ и носят название ТТЛШ (ТТЛ Шоттки) лишь «по традиции», будучи развитием именно ДТЛ. Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) В ТТЛШ используются транзисторы Шоттки, в которых барьер Шоттки не позволяет транзистору войти в режим насыщения в результате чего диффузионная ёмкость мала и задержки переключения малы, а быстродействие высокое. ТТЛШ отличается от ТТЛ наличием диодов Шоттки в цепях база — коллектор, что исключает насыщение транзистора, а также наличием демпфирующих диодов Шоттки на входах (редко на выходах) для подавления импульсных помех, образующихся из-за отражений в длинных линиях связи (длинной считается линия, время распространения сигнала в которой больше длительности его фронта, для самых быстрых ТТЛШ микросхем линия становится длинной начиная с длины в несколько сантиметров).
|
