4.4. Основы элементной базы эвм

При построении функциональных узлов ЭВМ используются элементы, которые реализуют базовую систему логических функций. Одним из таких базовых наборов является набор из трёх элементов, включающий в себя инвертор (логическое НЕ), конъюнктор (логическое И) и дизъюнктор (логическое ИЛИ). На рисунках таблицы 9 показаны условные обозначения базовых логических элементов, а также значения выходного сигнала z в зависимости от входных сигналов в одном масштабе времени t. Сравните эти диаграммы с соответствующими данными таблицы 8. Ноль изображается на диаграммах низким значением сигнала, а единица – высоким.

Таблица 9

Условные обозначения и диаграммы работы логических элементов

Реализуемая логическая функция	Условное обозначение	Диаграммы работы
логическое НЕ
логическое И
логическое ИЛИ
исключающее ИЛИ
элемент И-НЕ
элемент ИЛИ-НЕ

В качестве базисных могут выступать элементы И-НЕ (функция Шеффера), а также ИЛИ-НЕ (функция Пирса). Их обозначения и диаграммы работы также приведены в таблице 9. Соответствующие таблицы истинности этих функций могут быть получены простым инвертированием значений функций И и ИЛИ.

Используя базовые элементы, можно построить все функциональные узлы ЭВМ. Например, основой ячейки памяти является триггер (от англ. trigger – защёлка) – устройство с двумя устойчивыми состояниями, устанавливающимися под воздействием внешних сигналов, что соответствует записи и хранению одного бита данных. Так называемый RS-триггер (от англ. reset – сброс и set – установка) может быть построен из двух элементов ИЛИ-НЕ, что показано в таблице 10. При подаче сигнала логической единицы на установочный вход S на выходе Q триггера также устанавливается единица, причём это состояние сохраняется и после снятия установочного сигнала. Подача сигнала логической единицы на вход сброса R устанавливает выход Q в ноль, который будет сохраняться до прихода единицы на вход S.

Таблица 10

RS-триггер

Условное обозначение	Схема реализации на элементах ИЛИ-НЕ	Диаграммы работы

На основе триггера можно построить функциональные узлы, способные хранить n-разрядные двоичные числа (по одному триггеру на каждый бит), а также выполнять с ними некоторые специальные операции. Такие функциональные узлы называются регистрами. Существуют, например, регистры сдвига, осуществляющие сдвиг двоичного числа; регистры-счётчики, производящие подсчёт поступающих единичных сигналов.

Важнейшим устройством, выполняющим обработку информации в компьютере, является арифметико-логическое устройство (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух чисел – сумматор. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в дополнительном коде.