64. Комбинационные схемы (шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, цифровые компараторы, сумматоры, преобразователи кодов)

В теории цифровых устройств комбинационной логикой (комбинационной схемой) называют логику функционирования устройств комбинационного типа. У комбинационных устройств состояние выхода однозначно определяется набором входных сигналов. Это отличает комбинационную логику от секвенциальной логики, в рамках которой выходное значение зависит не только от текущего входного воздействия, но и от предыстории функционирования цифрового устройства. Другими словами, секвенциальная логика предполагает наличие памяти, которая в комбинационной логике не предусмотрена. Хотя такие схемы могут выполнять сложные логические функции, последние можно разделить на три базовые, из которых нетрудно п олучить более сложные. Первая из таких базовых функций – логическая инверсия (логическое НЕ); схема, выполняющая эту функцию, называется инвертором или инвертирующим логическим вентилем. На рис. 6 приведены символ, используемый для инвертора, и таблица значений, получаемых на выходе при том или ином входном сигнале. Такая таблица называется таблицей истинности и служит удобным способом представления возможных характеристик вход–выход логических схем. (Отметим, что из-за двоичной системы логических сигналов таблицы истинности имеют ограниченное число возможных входных сигналов.) Черточка над логической переменной указывает на логическую инверсиюданной переменной. Таким образом, – это инверсия A.Вторая базовая логическая операция, выполняемая цифровыми электронными схемами, – это логическое произведение двух или большего числа входных сигналов. Такая функция известна под названием логического И, а схему называют логическим элементом И. Функция И двух или большего числа входов принимает значение логической единицы только тогда, когда все входы одновременно являются логическими единицами. На рис. 7 представлены символ, используемый для логического элемента И (в данном случае для двух входов), и соответствующая таблица истинности. Как показано на этом рисунке, функция И обозначается точкой, как в выражении AB.Третья логическая операция – логическая сумма, или функция ИЛИ. Различаются две ее разновидности. Функция «Включающее ИЛИ» двух логических переменных принимает значение логической единицы, когда не обе переменные, а любая из них имеет значение логической единицы. На рис. 8 показан символ, используемый для логического элемента «Включающее ИЛИ», и приведена соответствующая таблица истинности. На рис. 9 приведены символ и таблица истинности для логического элемента «Исключающее ИЛИ». Операция «Включающее ИЛИ» обозначается символом +, а операция «Исключающее ИЛИ» – символом .Используя описанные выше типы логических элементов, разработчики могут создавать системы высокой сложности, позволяющие выполнять любые логические операции над входными переменными.

65. Последовательностные схемы. Триггеры (RS-, D-, T-, /^-триггеры)

Схемы, у которых выходы зависят не только от текущих значений сигналов на входах, но также и от предыстории состояний этих входов, нуждаются, помимо комбинационных схем, еще в одном типе элемента. Такого рода дополнительный элемент меняет свой выходной сигнал особым образом в зависимости от состояний на входах и может запоминать свое состояние. Этот элемент часто называют триггером, более точный термин – мультивибратор с двумя устойчивыми состояниями. На выходе мультивибратора может быть лишь одно из двух логических состояний (т.е. единица или нуль), и это состояние будет оставаться неизменным, пока не произойдет новое событие, которое и вызовет изменение данного стабильного состояния.Используются и другие виды мультивибраторов (хотя и не в качестве устройств памяти). В ждущем мультивибраторе (одновибраторе) только одно из выходных состояний устойчиво; при вводе внешнего сигнала это состояние может измениться, но лишь на некоторое время, по истечении которого схема возвращается в свое исходное состояние. Мультивибратор с одним устойчивым состоянием может генерировать импульсы фиксированной длительности из приходящего на вход сигнала. Наконец, несинхронизированный мультивибратор – автогенератор несинусоидальных колебаний – может быть полезен для генерации непрерывных последовательностей (серий) импульсов, или «тактовых» сигналов.Один из наиболее распространенных типов триггеров – J-K-триггер. На рис. 10 представлены обозначение такого триггера и таблица истинности с его операционными характеристиками. Этот триггер имеет J- и K-входы логических сигналов, вход тактовых (синхронизирующих) сигналов, два входа управления (предварительная установка и предварительный сброс), через которые на выходе Q устанавливаются соответственно логическая единица или логический нуль независимо от других входов. Любое изменение на выходе может происходить только в связи с изменением тактовых сигналов на входе (синхронная работа). В таблице на рис. 10 приведены текущие состояния входов J и K, а также выхода Q, и показано, что следующее состояние Q₊ появится на выходе только после прихода тактового сигнала. Данная таблица похожа на таблицы истинности для приведенных выше комбинационных схем, за исключением того, что здесь в явной форме присутствует время.Отметим, что если на входе J имеется логическая единица, а на K – логический нуль, то на выходе Q после прихода тактового сигнала установится логическая единица, причем это произойдет независимо от того, что было до прихода тактового сигнала. Если на входе J логический нуль, а на K – логическая единица, то после прихода тактового импульса на выходе Q установится логический нуль. Если на обоих входах J и K имеются логические нули, то выход Q с приходом тактового сигнала не изменится. Если же на обоих входах J и K имеются логические единицы, то после прихода тактового импульса на выходе установится значение, инверсное по отношению к тому, которое было перед приходом тактового сигнала. Эти четыре режима называют соответственно: установка, сброс, без изменений (или запоминание) и переключательный режим.Рассмотренные здесь базовые вентили комбинаторной логики и триггер представляют собой элементы цифровых электронных схем, используемых в широком диапазоне применений – от простых счетных устройств до сложных схем кодирования и универсальных компьютеров.