Этапы конструирования логического устройства.

Конструирование логического устройства состоит из следующих этапов:

1. Построение таблицы истинности по заданным условиям работы проектируемого узла (т.е. по соответствию его входных и выходных сигналов).

2. Конструирование логической функции данного узла по таблице истинности, ее преобразование (упрощение), если это возможно и необходимо.

3. Составление функциональной схемы проектируемого узла по формуле логической функции.

После этого остается только реализовать полученную схему.

Пример логической схемы персонального компьютера, разработанного А.Ф.Волковым из г. Днепродзержинска в 1985 г. и логическая схема машины Pentagon - 1024 SL, реализованная на базе ПЛИС FPGA EP2C8Q208C8N .

pentagon.nedopc.com

)

Сумматор

Сумматор — это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на ее вход двоичных кодов.

По числу входов различают полусумматоры, одноразрядные сумматоры (ОС) и многоразрядные сумматоры.

Рассмотрим построение схемы одноразрядного полусум­матора, предназначенного для сложения двух двоичных чи­сел в одном разряде.

Составим таблицу логических значений для сумматора, где А, В — слагаемые, Р и Y — перенос и цифра разряда для суммы соответственно:

Входы		Выходы
A	B	P	Y
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	0

Заметим, что Р — это функция, реализующая операцию конъюнкции двух переменных A и В, а Y - отрицание операции эквивалентности:

Р = А & В;

Y = (A v В) & ¬(А & В).

На основе полученных логических функций можно построить схему полусумматора. Схема требует два логических элемента И, один логический элемент ИЛИ, один логический элемент НЕ.

Эта схема называется полусумматором, так как в ней отсутствует третий вход — перенос из предыдущего разряда.

Триггер.

Основной принцип работы ячеек оперативной памяти – это хранение информации. Она энергозависима и просто держит сигнал, никаких преобразований здесь не происходит. Основным элементом схемы, удерживающей сигнал, является триггер.

Триггер – электронная схема, применяемая для хранения одного бита информации.

Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое — двоичному нулю.

Термин триггер происходит от английского слова trigger — защёлка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает "хлопанье". Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на её способность почти мгновенно переходить ("перебрасываться") из одного электрического состояния в другое и наоборот.

Самый распространённый тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от английских set — установка, и reset — сброс). Условное обозначение триггера — на рис.

Задание: Сколько надо триггеров для запоминания 1 Кбайта ?

Наряду с универсальными логическими элементами И-НЕ, ИЛИ-НЕ триггеры являются теми “кирпичиками”, которые составляют фундамент современной электронной автоматики и цифровой техники.

Зная функцию, которую должен выполнять элемент, напишем словесный алгоритм схемы триггера.

1. Устройство должно “помнить” 0 или 1, причем это состояние можно прочитать. Значит, должен быть один выход Q (его состояние и есть хранимый бит) и второй выход для обратного значения хранимого

бита.

2. Устройство должно допускать переключение в другое состояние, с другим значением на выходе, т.е. должен быть вход. Удобно, если у него два входа: один для записи единицы S(установочный вход -set), другой R(вход –reset- сброс) – для записи нуля.

3. Если на входах нет сигналов, т.е. нули, состояние выхода должно сохраняться. Как? Для сохранности установленной информации необходима “петля” (от выхода Q на вход подавать обратно хранящиеся значение Q_стар.), т.е. состояние на выходе Q зависит от предыдущего его состояния Q_стар. Процесс хранения появляется потому, что сначала элемент создает сигнал на выходе, и лишь, затем этот сигнал попадает на вход.

4. Переключение на хранение другой информации происходит при подаче короткого сигнала, после чего на входах опять остаются нули. Итак, основное состояние триггера – нули на входах.

Построим таблицу истинности элемента по словесному алгоритму (выход во внимание пока не берем).

Таблица 1.

Таблица 1.
№	Входы			Выход Q	Примечания	Итог
	S	R	Qстар.
0	0	0	0	0	На входы R,S ничего не подается. Qстар подает для хранения 0.	Хранение 0
1	0	0	1	1	На входы R,S ничего не подается. Qстар подает для хранения 1.	Хранение 1
2	0	1	0	0	Поданный сигнал на R во время хранения 0 записывает в триггер 0.	Запись 0 (сброс)
3	0	1	1	0	Поданный сигнал на R во время хранения 1 записывает в триггер 0.
4	1	0	0	1	Поданный сигнал на S во время хранения 0 записывает в триггер 1.	Запись 1 (установка)
5	1	0	1	1	Поданный сигнал на S во время хранения 1 записывает в триггер 1.
6	1	1	0	Х	Рассмотренные выше сигналы на входе/выходе достаточны для хранения бита информации.	Х- любое состояние
7	1	1	1	Х

На схеме второй выход обозначим . (Рис. 2). При анализе работы триггера убедимся, что на прямом и инверсном выходах сигналы всегда противоположны.

Триггер можно собрать на 4-х логических базисных элементах И-НЕ. Рис.3.