Tổng kết và đi tiếp

Mỗi bậc của khóa giải một vấn đề và thường để lại vấn đề kế tiếp, từ công tắc có điện trở đến đường dài nhất

Bốn bậc đầu theo thứ tự đã học, mỗi bậc một hình thật: dấu tích là cái đạt được, dấu "!" là vấn đề còn lại và cũng là vấn đề của bậc sau.

Chuỗi vấn đề → công nghệ → cải thiện lặp lại ở chín bậc theo thứ tự đã học. Dấu tích là cái đạt được, dấu "!" là vấn đề còn lại.

Xem lời đọc

Ta nhìn lại khóa theo thứ tự đã học. Mỗi bậc giải một vấn đề và thường để lại vấn đề kế tiếp. Công tắc có điện trở giúp tính mạch, nhưng chưa cho đủ hai mức sạch. Cổng đảo cho đầu ra sạch, nhưng chỉ có một đầu vào. NAND và NOR nhận nhiều đầu vào, nhưng nối nhiều cổng thì có trễ. Trễ của đường dài nhất giới hạn nhịp, nhưng mạch còn phải giữ giá trị.

Các bậc dùng lại đúng hình của từng bài (công tắc nối R_on, cổng đảo, NAND và NOR, trễ); mạch ở mức mô hình, chỉ minh họa, không số mới. Biển báo của hàng sau chính là dấu "!" của hàng trước, nên chỉ vẽ biển báo ở hàng đầu. Chín bậc chia hai cảnh (bốn rồi năm) để mỗi hình đủ lớn trên điện thoại.

Năm bậc sau vẫn nối vấn đề với cách giải, từ phờ líp phờ lóp đến ô chuẩn

Năm bậc còn lại tiếp nối bốn bậc đầu; bậc cuối để lại hai hướng đi tiếp.

Mỗi bậc cho một cái đạt được (✓) và một vấn đề còn lại ("!"). Bậc cuối mở ra hai hướng đi.

Xem lời đọc

Ta xem tiếp năm bậc sau. Phờ líp phờ lóp giữ bit theo xung nhịp, nhưng mỗi bit tốn nhiều transistor. Ô SRAM nhớ gọn, nhưng chưa tính ra số mới. Bộ cộng tính được số, nhưng mỗi lần đổi mức thì tốn điện. Ta biết điện tốn ở đâu, nhưng hàng tỷ cổng không vẽ tay nổi. Ô chuẩn và layout đưa ta tới thiết kế chip, và còn hai hướng đi tiếp.

Dùng lại hình các bài (phờ líp phờ lóp, ô SRAM, bộ cộng, tụ tải, hàng ô chuẩn). Mạch lát nằm bên trong phờ líp phờ lóp nên không có bậc riêng; bậc 5 gộp mạch lát, phờ líp phờ lóp, xung nhịp. Ở hàng 9, "!" mở hướng đi, cùng dấu với c3–c5, không phải vấn đề còn lại. Hình không số mới.

Ở vùng giữa của đặc tuyến truyền đạt, thay đổi nhỏ ở đầu vào thành thay đổi lớn ở đầu ra, đó là khuếch đại

Đặt đầu vào ngay giữa vùng dốc đứng rồi nhích nhẹ: đầu ra đổi ngược và đổi nhiều hơn.

Amplification (khuếch đại) là làm cho đầu ra đổi lớn hơn đầu vào đổi. Cổng đảo làm được điều này ở vùng giữa của đặc tuyến.

Xem lời đọc

Đặc tuyến truyền đạt của cổng đảo dốc đứng ở vùng giữa. Mạch số chỉ đi qua vùng này thoáng chốc vì ở đó đầu ra chưa sạch. Giờ ta đặt đầu vào đứng ngay giữa vùng đó. Rồi ta cho đầu vào nhích lên xuống một chút. Đầu ra đổi ngược lại, và đổi nhiều hơn đầu vào. Mạch làm thay đổi nhỏ thành thay đổi lớn như vậy gọi là khuếch đại. Vùng giữa vì thế không vô ích, mà cũng là nơi transistor khuếch đại.

Đường vẽ là đường minh họa của cổng đảo, cùng đồ thị bài cổng đảo, không số. Ở vùng giữa cả hai transistor cùng dẫn nên có dòng ngắn mạch. Trong mạch số, dòng này chỉ thoáng qua lúc chuyển mức. Trong mạch tương tự, dòng thiên áp (dòng đặt điểm làm việc) thường trực là có chủ đích, và người thiết kế chọn điểm làm việc cẩn thận. Phần năng lượng ở tín hiệu ra lớn hơn không tự sinh ra: khuếch đại lấy công suất từ nguồn cấp điện. Độ lớn "đổi lớn hơn bao nhiêu lần" (độ lợi) lấy từ độ dốc của đường tại điểm giữa; một transistor đơn cùng một tải ở vùng dẫn tương ứng cũng khuếch đại tương tự. Dấu đổi ngược do cổng đảo; mạch khuếch đại thường ghép thêm mạch để không đảo.

Mạch tương tự xử lý giá trị liên tục, nên có thể dùng vùng giữa mà mạch số chỉ đi qua thoáng chốc

Mạch số chỉ cần hai mức; tín hiệu thu từ ăng ten đổi liên tục và nhỏ, nên cần khuếch đại, và một cách là dùng vùng giữa: đó là hướng đi tiếp thứ nhất.

Analog circuit (mạch tương tự) xử lý giá trị điện áp liên tục, không chỉ hai mức. Khuếch đại ở vùng giữa là một việc điển hình của nó.

Xem lời đọc

Mạch số chỉ phân biệt hai mức là mức không và mức một. Sóng thu từ ăng ten đổi liên tục, qua nhiều giá trị ở giữa. Mạch xử lý các giá trị liên tục như vậy gọi là mạch tương tự. Tín hiệu thu được thường rất nhỏ nên cần khuếch đại trước. Một cách khuếch đại là dùng chính vùng giữa mà mạch số chỉ đi qua thoáng chốc. Đó là hướng đi tiếp thứ nhất, học riêng về mạch tương tự.

Tín hiệu từ ăng ten thường rất nhỏ nên hay được khuếch đại trước; hình chỉ minh họa, không số. Mạch tương tự cộng thêm một mức nền để sóng vào nằm quanh vùng giữa; hình vẽ sóng đã ở giữa. Mạch tương tự còn cần đến nhiễu, độ tuyến tính, tần số làm việc; những điều ấy ngoài phạm vi khóa. Hình là khối chuẩn: sóng bậc thang so với sóng mượt, cổng đảo ký hiệu ở vùng giữa.

Ngôn ngữ mô tả phần cứng cho phép viết mạch số bằng chữ, rồi EDA dựng ra cổng, đặt ô và nối dây

Bản mô tả nêu từng cổng thì với hàng tỷ cổng khó viết nổi; viết mạch cần làm gì bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng thì EDA chọn ô chuẩn để dựng mạch: hướng đi tiếp thứ hai.

Hardware description language (ngôn ngữ mô tả phần cứng) là ngôn ngữ để viết mô tả mạch số bằng chữ. EDA đọc bản mô tả ấy và dựng ra mạch từ ô chuẩn.

Xem lời đọc

Bản mô tả nêu từng cổng và chỗ nối thì với hàng tỷ cổng cũng khó viết tay. Cách khác là viết mạch cần làm gì, chẳng hạn cộng hai số. Ngôn ngữ để viết mô tả mạch số như vậy gọi là ngôn ngữ mô tả phần cứng. Phần mềm EDA đọc bản viết ấy rồi chọn ô chuẩn để dựng ra mạch. Sau đó là đặt ô và nối dây, cho ra layout. Nhờ vậy người thiết kế viết gọn mà vẫn ra được mạch rất lớn. Đó là hướng đi tiếp thứ hai, thiết kế mạch số bằng ngôn ngữ đó.

Verilog và VHDL là hai ngôn ngữ mô tả phần cứng thường dùng; phần mềm EDA biến bản viết bằng chúng thành các cổng nối với nhau rồi chọn ô chuẩn (bước này EDA làm). Cùng một ngôn ngữ còn dùng để mô phỏng mạch trước khi chế tạo. Ngôn ngữ này mô tả phần cứng chạy song song, khác ngôn ngữ lập trình thông thường. Dòng chữ giả trên hình không phải mã thật.

Hai hướng đi tiếp, mạch tương tự và thiết kế số bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng, cùng đứng trên transistor

Một hướng đi sâu vào từng transistor, hướng kia đi rộng ra hàng tỷ cổng; nền chính của cả hai là transistor. Đây là dấu "!" cuối khóa.

Hướng một đi từ vùng giữa của đặc tuyến tới mạch tương tự. Hướng hai đi từ ô chuẩn tới ngôn ngữ mô tả phần cứng.

Xem lời đọc

Giờ ta có hai hướng đi tiếp. Hướng thứ nhất bắt đầu từ vùng giữa của đặc tuyến và dẫn tới mạch tương tự. Hướng thứ hai bắt đầu từ ô chuẩn và dẫn tới ngôn ngữ mô tả phần cứng. Một hướng đi sâu vào từng transistor, hướng kia đi rộng ra hàng tỷ cổng. Cả hai đều có nền chính là transistor. Dù chọn hướng nào, bạn cũng đã có nền đó.

Hai hướng không loại trừ nhau: chip thực tế thường có cả phần số lẫn phần tương tự. Mạch tương tự ngoài transistor còn dùng điện trở, tụ điện, cuộn cảm; transistor là nền chung, không phải linh kiện duy nhất. Hình chỉ chỉ ra điểm xuất phát đã học của mỗi hướng.

Ba câu hỏi ôn về cổng đảo, chu kỳ xung nhịp và điện áp cấp

Tự trả lời đúng ba câu để kiểm điều đã học.

Ba câu hỏi ôn: đầu ra sạch của cổng đảo, chu kỳ xung nhịp, điện áp cấp.

Xem lời đọc

Ta ôn lại bằng ba câu hỏi. Câu một, vì sao cổng đảo cho đầu ra sạch dù đầu vào hơi lệch? Câu hai, vì sao chu kỳ xung nhịp phải đủ dài cho đường dài nhất? Câu ba, vì sao hạ điện áp cấp giảm công suất động nhưng làm mạch chậm đi? Cả ba câu đều trả lời được bằng những gì ta đã thấy. Hãy thử trả lời bằng lời của bạn.

Gợi ý. Câu một: đặc tuyến phẳng ở hai đầu, nên đầu vào còn gần mức không hoặc mức một thì đầu ra vẫn sát mức đối; ví dụ lệch cỡ 0,4 V hay 1,4 V (điện áp cấp ví dụ 1,8 V như bài cổng đảo) vẫn cho đầu ra sạch. Vùng giữa dốc đứng chỉ làm vùng chuyển hẹp. Câu hai: cạnh lên của xung nhịp phải đọc đầu ra đã ổn định, nên chu kỳ ít nhất cỡ đường dài nhất cộng một khoảng thêm cho phờ líp phờ lóp. Câu ba: năng lượng mỗi lần nạp tỉ lệ với bình phương điện áp cấp, nên hạ điện áp cấp giảm nhiều; nhưng dòng bật nhỏ đi nên trễ tăng.
Số liệu