می خواهیم به همراه هم درس مدار منطقی و طراحی دیجیتال که از درس های اساسی در رشته مهندسی کامپیوتر، برق و مهندسی پزشکی هست را به صورت مبحث به مبحث جلو برویم با این هدف که دانشجویانی که مطالب رو دنبال می‌کنند بتوانند در امتحان های دانشگاهی موفق بشوند و با یادگیری کیفی درس ها برای آزمون کارشناسی ارشد آمادگی لازم را کسب کنند.

اهداف و معرفی سیستم دیجیتال

اول باید ببینم هدف از یادگیری و گذراندن دوره مدارهای منطقی چیست؟
به طور خلاصه می‌توان هدف این درس را ” آموزش تکنیک های طراحی و پیاده سازی سیستم های پیچیده ” دانست .
حالا منظور از به کار بردن این کلمات چیست؟

طراحی :
فرایندی که طی آن، نیازمندی های نادقیق و ناقص _ که هدف و عملکرد سیستم را توصیف می کند_ دقیق تر و کاملتر می شود.
پیاده سازی:
توصیف دقیق را می گیرد و محصول فیزیکی را تولید می کند.
سیستم :
دارای ورودی ها، خروجی ها و رفتار مشخصی است. این رفتار توسط تابع هایی تعیین می شود که ورودی ها را به خروجی ها تبدیل (نگاشت) می کنند.

مثلا در رایانه :
ورودی ها: نشانه گر ، صفحه کلید ، تاچ پد ،سی دی ، فلش و …
خروجی ها: نمایشگر ، چاپگر ، بلندگو و …
رفتار: اجرای برنامه ها و کار هایی که ما بهش میگیم

یا در گوشی تلفن همراه :

ورودی ها: صفحه لمسی ، دکمه ها ، دوربین ، میکروفون
خروجی ها: صفحة نمایش ، بلندگو ، سیگنال های ارسالی به مرکز تلفن و…
رفتار: همه عملکرد های زیادی که گوشی هامون دارن

به همین صورت موارد دیگری مثل اینها که می‌توانید به آنها، ورودی ها، خروجی ها و رفتارهایشان فکر کنید .

چرا طراحی مدار منطقی را یاد بگیریم؟

جواب های زیادی برای این سوال مهم هست،اما این دو دلیل خیلی مهم هستند:

1 – نگاه عمیق تر به داخل کامپیوتر

• تفاوت یک راننده غیر فنی با راننده مطلع.
• با آگاهی از منابع سخت افزاری می توانیم بهتر برنامه بنویسیم. (البته در درس معماری کامپیوتر بیشتر خواهیم دید)
• مهارت طراحی و ساخت سیستم های دیجیتال

2 – وسایل اطراف ما به سرعت در حال دیجیتال شدن هستن

صحبت از دیجیتال شدن شد، ببینیم که اصلاً دیجیتال یعنی چی و در برابر چه چیز هایی قرار دارد؟ دیجیتال در برابر آنالوگ قرار دارد؟ در امواج آنالوگ با مقدار های پیوسته ای سر و کار داریم اما در امواج دیجیتال فقط دو مقدار داریم. مثلاً 0 و 1 ( در امواج دیجیتال مقدار ها به صورت گسسته در نظر گرفته می‌شنود ولی در امواج آنالوگ مقدار های پیوسته داریم )

شکل موج ها به این ترتیب است :

این دو شکل هم برای دید گرفتن از تفسیر دیجیتال و آنالوگ مفید هستند:

اما همیشه سیستم های دیجیتال و آنالوگ در کنار یکدیگر یک سیستم بزرگتر را می‌سازند
آنالوگ:
بخش مدارهای رابط با دنیای خارج (سنسورها و actuator ها)
دیجیتال:
بخش کنترل الگوریتمیک و پردازش داده های عددی

مزایای سیستم های دیجیتال

در گذشته بیشتر سیستم ها و عملکرد ها مبتنی بر روش آنالوگ بودند اما گفتیم که در حال دیجیتال شدن هستند. پس حتماً دلیل و برتری ای دارد اما این برتری ها چه هستند:

• آسانی طراحی:
  – نیازی به فرمول های پیچیده و پیشینه ریاضی قوی ندارد (منطقی است!)
• توانایی بالا در پیاده سازی:
  – تقریباً هرچیزی را که الگوریتمش را می دانید، می توانید مدارش را طراحی کنید و بسازید.
• قابلیت اطمینان بالاتر:
  – تغییرات ولتاژ ورودی (نویز) تاحد زیادی بی اثرند.
• انعطاف پذیری:
  – تغییرات بسیار آسانتر از آنالوگ است به عنوان مثال افزودن امکانات جدید در یک مدار.
• طراحی ماژولار:
  – استفاده از ماژول های گذشته و کنار هم قرار دادن آنها.
• قابلیت برنامه ریزی:
  – استفاده از نرم افزارهای طراحی اتوماتیک
• سطح بالای مدل:
  – نیازی به داشتن اطلاعات دقیق از الکترونیک و پدیده های فیزیکی ندارد.
  – داشتن آن کیفیت طراحی را بالا می برد.
• اقتصادی بودن:
  – مقدار بسیار زیادی اجزای سخت افزاری روی یک تراشه کوچک
  – موبایل با انواع قابلیت ها.

مزیت اصلی سیستم باینری

• مفاهیم فیزیکی به راحتی می توانند به مقدارهای 0 و 1 کد شوند.
• روشن-خاموش
• بلی-خیر
• وجود-عدم وجود (ولتاژ)
• باز-بسته بودن (در مخزن)