En la ingeniería de computadora, una familia de la lógica del puede referir a uno de dos conceptos relacionados. Una familia de la lógica de dispositivos digitales monolíticos del circuito integrado es un grupo de las puertas de lógica electrónicas construidas usar uno de varios diversos diseños, generalmente con los niveles de la lógica y las características compatibles de la fuente de alimentación dentro de una familia. Produjeron a muchas familias de la lógica como componentes individuales, cada uno que contenía una o alguna funciones lógicas básicas relacionadas, que se podrían utilizar como " edificio-blocks" para crear sistemas o como " supuesto; glue" para interconectar circuitos integrados más complejos.

Un " family" de la lógica; puede también referir a un sistema de técnicas usadas para ejecutar lógica dentro de los circuitos integrados del gran escala tal como la unidad central de proceso, memoria, u otra función compleja. Tales técnicas dinámicas registradas uso de las familias de la lógica para reducir al mínimo el consumo y el retardo de energía.

Antes de que el uso extenso de circuitos integrados, los varios sistemas de lógica de estado sólido y vacuum-tube fueran utilizados pero éstos nunca estaban según lo estandardizado e interoperable como los dispositivos del circuito integrado.

El principio

La lista de familias building-block embaladas de la lógica se puede dividir en las categorías, enumeradas aquí en la orden cronológica áspera de la introducción junto con sus abreviaturas generalmente:
lógica (DL) del diodo
el Dirigir-juntó la lógica (DCTL) del transistor
Lógica complementaria (CTL) del transistor
lógica (RTL) del Resistor-transistor
lógica (RCTL) del transistor del Resistor-condensador
lógica (DTL) del Diodo-transistor
Lógica de acoplamiento para emisores (ECL) también conocida como lógica Current-mode (CML)
lógica (TTL) del Transistor-transistor y variantes
P-tipo lógica (PMOS) del semiconductor de óxido de metal
N-tipo lógica (NMOS) del semiconductor de óxido de metal
Lógica complementaria (Cmos) del semiconductor de óxido metálico
Lógica complementaria bipolar (BiCMOS) del semiconductor de óxido metálico
Lógica de inyección integrada (I²L)

Derivaron a las familias (DL, RTL, DTL, y ECL) de los circuitos de lógica usados en las computadoras tempranas, ejecutadas original usar componentes discretos que el ejemplo de uno es la familia de Philips NORbits de bloques huecos de la lógica.

Utilizaron por períodos relativamente cortos, sobre todo en dispositivos de encargo de la LSI (circuitos integrados del propósito especial del gran escala) y generalmente se consideran a las familias de la lógica del PMOS y de I²L obsoletas. Por ejemplo, los relojes digitales tempranos o las calculadoras electrónicas pudieron haber utilizado uno o más dispositivos del PMOS para proporcionar la mayor parte de la lógica para el producto final. El F14 CADC, el Intel 4004, el Intel 4040, y el Intel 8008 microprocesadores del y sus virutas de la ayuda eran PMOS.

De estas familias, solamente cinco (ECL, TTL, Cmos, NMOS, y BiCMOS) todavía están actual en uso extenso. El ECL se utiliza para los usos muy de alta velocidad debido a su precio y la energía exige, mientras que la lógica del NMOS se utiliza principalmente en usos del VLSI (mismo circuitos integrados del gran escala) tales como CPU y chips de memoria que caigan fuera del alcance de este artículo. " actual; block" del edificio; la puerta de lógica ICs se basa en el ECL, la TTL, el Cmos, y las familias de BiCMOS.

ECL

A IBM inventó a la familia de la lógica del ECL mientras que la lógica de dirección actual para el uso en el transistorizó la computadora del estiramiento de IBM 7030 del, donde fue ejecutada usar componentes discretos.

La primera familia de la lógica a estar disponible en circuitos integrados era la lógica de acoplamiento para emisores, introducida por el Motorola como MECL en el 1962 .

TL

La lógica de umbral es los medios de cambiar emplear de los estados el concepto de un umbral. El concepto de un umbral se alinea con un nivel, e. debajo del nivel (umbral) poder deduce una lógica cero (`0') y sobre una lógica una (`1'). Las ideas iniciales detrás de la lógica de umbral (TL) datan de los años 50. Akers y otros desarrolló los circuitos del TL para las tareas del reconocimiento. el comunicado de prensa referente al TL apareció. En el TL los circuitos 1974 fueron combinados con procesadores boleanos y un almacén del patrón en los elementos del procesamiento distribuido que componen un sistema de reconocimiento de patrón. Un examen extenso del TL fue realizado por Beiu y otros, que categoriza el campo a partir de los años 50 al hoy. McNaughton, " Funciones de la verdad de Unate, " Universidad de Stanford, matemáticas aplicadas y laboratorio de las estadísticas, informe de la tecnología.4, reimpreso en el transporte de la IRA. en el compartimiento eléctrico, vol. McCluskey, " Funciones boleanas realizables con los solos dispositivos del umbral, " Proc. Takasu, " Teoría de los elementos de decisión mayoritaria, " Instalación del J. Coates, " Funciones de conmutación linear separables, " Instalación del J. 360-410, noviembre de 1961. Devanadera del
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RTL

Los circuitos de lógica usados del tubo de vacío de la computadora de la Atanasoff-Baya similares a RTL. Vario el temprano transistorizó las computadoras de (e., el IBM 1620 ) RTL usado, donde fue ejecutado usar componentes discretos.

Una familia de circuitos integrados simples de la lógica del resistor-transistor fue desarrollada en el semiconductor de Fairchild para la computadora de la dirección de Apolo en el 1962 .

El Texas Instruments pronto introdujo su propia familia de RTL.

Una variante con los condensadores integrados, RCTL, había aumentado velocidad, pero una inmunidad más baja al ruido que RTL. Esto fue hecha por Texas Instruments como su " 51XX" serie.

DTL

La lógica del diodo vuelve hasta el ENIAC y fue utilizada en muchas computadoras tempranas del tubo de vacío . Vario el temprano transistorizó las computadoras de (e., el IBM 1401 ) DTL usado, donde fue ejecutado usar componentes discretos.

La primera familia de la lógica del diodo-transistor de circuitos integrados fue introducida por el Signetics en el 1962 . DTL también fue hecho por Fairchild y el Westinghouse .

Una familia de circuitos integrados de la lógica del diodo y de la lógica del diodo-transistor fue desarrollada por el Texas Instruments para la computadora de la dirección del Minuteman II D-37C en el 1962, pero estos dispositivos no estaban disponibles para el público.

HTL

Una variante de DTL llamó el " alto logic" del umbral; diodos Zener incorporados para crear una compensación grande entre la lógica 1 y la lógica 0 niveles voltaicos. Estos dispositivos escurr una fuente de alimentación de 15 voltios y fueron encontrados generalmente en el control industrial, donde el alto diferencial fue pensado para reducir al mínimo el efecto del ruido.

TTL

La primera familia de la lógica del transistor-transistor de circuitos integrados fue introducida por el Sylvania como lógica de alto nivel universal (SUHL) de Sylvania del en el 1963 . Texas Instruments presentó a la familia de la serie TTL 5400 en el 1964 .

La lógica del Transistor-Transistor utiliza los transistores bipolares para formar sus circuitos integrados. La TTL ha cambiado perceptiblemente durante los años, con más nuevas versiones substituyendo los más viejos tipos.

LS TTL

Puesto que los transistores de una puerta estándar de la TTL son interruptores saturados, tiempo de almacenaje de portador de minoría en límites de cada ensambladura la velocidad de conmutación del dispositivo. Las variaciones en el diseño básico de la TTL se piensan para reducir estos efectos y para mejorar velocidad, el consumo de energía, o ambos.

El alemán Gualterio H. Schottky del físico formuló una teoría que predecía el efecto de Schottky del, que llevó al diodo de Schottky y a transistores posteriores de Schottky. Los transistores de Schottky tienen una velocidad de conmutación mucho más alta que los transistores convencionales porque la ensambladura de Schottky no promueve almacenaje de la carga, llevando a puertas más rápidas de la conmutación. Las puertas construidas con los transistores de Schottky utilizan más energía que el normal TTL y cambian más rápidamente. Con los circuitos de Schottky de las energías bajas del, los valores de la resistencia interna fueron aumentados para reducir velocidad de conmutación del consumo y del aumento de energía sobre la versión original. La introducción de avanzó velocidad más lejos creciente de las energías bajas (ALS) y redujo el consumo de energía. Presentaron a una familia más rápida de la lógica llamada la “TTL rápida” (f) también que era más rápida del Schottky normal TTL.

Cmos

Las puertas del Cmos utilizan un par complementario de los FETs (un N-MOS y un FET del P-MOS ). Desde inicial los dispositivos utilizaron las capas del metal para los contactos de la puerta, ellos fueron llamados el Cmos (lógica del del semiconductor de óxido de metal complementario).

En contraste con lógica de la TTL, el Cmos no utiliza casi ninguna energía en el estado estático (es decir cuando las entradas no están cambiando). Una puerta del Cmos no dibuja ninguna corriente con excepción de salida cuando en 1 o 0 estados constante. Cuando la puerta cambia estados, la corriente se extrae de la fuente de alimentación para cargar la capacitancia perdida en la salida de la puerta. Esto significa que el drenaje actual de los dispositivos del Cmos aumenta con frecuencia de reloj.

La primera familia de la lógica del Cmos de circuitos integrados fue introducida por RCA como CD4000 COS/MOS, la serie 4000, en el 1968 . La lógica del Cmos era inicialmente más lenta que LS-TTL; sin embargo, porque los umbrales de la lógica del Cmos eran proporcionales al voltaje de fuente de alimentación, los dispositivos del Cmos bien-fueron adaptados a los sistemas con pilas con las fuentes de alimentación simples. Las puertas del Cmos pueden también tolerar gamas mucho más anchas del voltaje que las puertas de la TTL porque los umbrales de la lógica son (aproximadamente) proporcionales al voltaje de fuente de alimentación, y no los niveles fijos requeridos por los circuitos bipolares.

Con esta tecnología el área required del silicio para ejecutar tales funciones digitales del Cmos se ha encogido rápido. Hoy en día, la tecnología moderna del VLSI, teniendo en cuenta incorporar muchos millones de operaciones de lógica básicas sobre un solo chip de silicio, explota casi exclusivamente esta tecnología del Cmos. La capacitancia extremadamente pequeña encendido del cableado de la viruta, tan bien como su longitud comparada a un PWB, combinó con la ausencia del retardo creado por el I/O-cells required de todos las virutas separadas de la puerta, causado un aumento en funcionamiento por varias pedidos del manitude. En las tarifas de reloj de la viruta de hasta 4 gigahertz ha llegado a ser comunes, aproximadamente 1000 veces más rápidamente que la tecnología antes de 1970.

Baja del voltaje de fuente de alimentación

Una característica muy importante de las virutas del Cmos es que trabajan con una gama más amplia de voltajes de fuente de alimentación. Mientras que la TTL ICs todos requiere un voltaje de la fuente de alimentación de 5V (+/- 0.5V), el Cmos trabaja con una gama más amplia del voltaje de fuente de alimentación -- generalmente dondequiera a partir del 3 a 15V. La baja del voltaje de fuente reduce la corriente requerida para cargar capacitancia perdida, y así que reduce la corriente dibujada por los microprocesadores complejos. Esto alternadamente reduce la disipación de calor del procesador. Bajando la fuente de alimentación de 5V a 3.3V, la energía que cambiaba fue reducida por el casi 60 por ciento (la disipación de energía es proporcional al cuadrado del voltaje de fuente). CPU más nuevas han bajado sus voltajes de fuente de alimentación más lejos.

Lógica de HC

Debido a la incompatibilidad de la serie CD4000 de virutas con la familia anterior de la TTL, un nuevo estándar emergió que combinó el mejor de la familia de la TTL con las ventajas de la familia CD4000. Era sabido mientras que (puerta de silicio del alto rendimiento) la familia 74HC de dispositivos y utilizado el Pinout de la familia 74LS con una versión mejorada de la tecnología del Cmos dentro de la viruta. Y podría ser utilizado junto con otros dispositivos de lógica que utilizaron fuentes de alimentación 3.3V (y así niveles de la lógica 3.3V), y en los diseños que utilizaron las fuentes y los dispositivos de alimentación 5V que utilizaron los niveles de la lógica de la TTL.

El problema del nivel de la lógica

Había sin embargo un problema al combinar lógica del Cmos y de la TTL. Los niveles de la lógica de la TTL son diferentes de los del Cmos - una salida de la TTL no se levanta generalmente arriba bastante para ser reconocida confiablemente como lógica 1 por una entrada del Cmos. Esto fue solucionada por la invención de la familia 74HCT de dispositivos que utiliza niveles de la lógica de la tecnología del Cmos pero de la entrada de la TTL. Estos dispositivos funcionan solamente con una fuente de alimentación 5V. Forman un reemplazo para la lógica de la TTL, aunque HCT sea más lento que la TTL original (la lógica de HC tiene velocidad casi igual como TTL original).

La interconexión de cualquier dos familias de la lógica requirió a menudo técnicas especiales tales como resistores Pull-up adicional, o los circuitos de interfaz especialmente diseñados, puesto que las familias de la lógica pueden utilizar diversos niveles voltaicos para representar los estados 1 y 0, y puede tener otros requisitos del interfaz cumplidos solamente dentro de la familia de la lógica.

Versiones mejoradas

Con lógica de HC y de HCT y la lógica de LS-TTL compitiendo en el mercado se ponía de manifiesto que otras mejoras eran necesarias crear el dispositivo de lógica “ideal” que combinó velocidad, con la disipación de las energías bajas y la compatibilidad con más viejas familias de la lógica. Una gama entera de más nuevas familias ha emergido que tecnología del uso Cmos. Una lista corta de los designadores más importantes de la familia de estos más nuevos dispositivos incluye:
lógica (un voltaje del LV fuente más bajo)
Lógica LVT (un voltaje de fuente más bajo mientras que conserva lógica de la TTL nivela)
Lógica ALVT (“avanzó” la versión de la lógica de LVT)

Pero hay muchos otros incluyendo la lógica AC/ACT, la lógica AHC/AHCT, la lógica ALVC, la lógica AUC, la lógica AVC, la lógica del CBT, la lógica CBTLV, la lógica FCT, la lógica LVC y la lógica LVC.

BiCMOS

Una mejora importante era combinar entradas del Cmos y los conductores de la TTL a la forma de un nuevo tipo de dispositivos de lógica llamaron la lógica de BiCMOS, cuyo las familias de la lógica de LVT y de ALVT son las más importantes. La familia de BiCMOS tiene muchos miembros, incluyendo la lógica ABT, la lógica de la ALBA, la lógica ALVT, la lógica del BCT y la lógica LVT.

Otras familias

Otras familias de circuito incluyen:
Lógica complementaria del Pasar-transistor (COMPLETA)
Lógica (CVSL) del interruptor del voltaje de Cascode Éstos son generalmente " usado; en-chip" y no se entregan como circuitos integrados a escala media o en reducida escala building-block.

Conclusión

En el momento que las familias mas comunes de la lógica siguen siendo los LS-TTL y las familias de HC y de HCT, aunque la lógica del BCT también esté comenzando a llegar a ser popular. Las familias de la lógica de la baja tensión están haciendo más importantes, con la lógica de AHC ganando renombre. Porque no cada fabricante apoya a cada familia de la lógica, varias familias de circuitos de lógica continuarán siendo utilizadas.

Zenithic

Alfred O. C. Nier

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