6. Элементная база компьютеров: триггеры и их классификация

Триггером – называется устройство с двумя устойчивыми состояниями, обладающее способностью переходить из одного состояния в другое, под воздействием входных сигналов, и выдавать выходной сигнал, однозначно определяющий его состояние.

Таким образом, триггер является простейшим запоминающим устройством – элементом памяти. Работа триггеров, как элементарных автоматов с памятью, определяются функцией переходов Q, которая определяет в какое состояние перейдет триггер при подаче на его вход (входы) сигналов активного воздействия. При этом выходной сигнал триггера будет однозначно определяться состоянием триггера.

Наиболее широко используются в цифровых устройствах, в том числе и в компьютерах, четыре типа триггеров.

1. Триггеры с одним информационным входом:

1. D – триггеры (Delay – задержка);

2. T – триггеры (Toggle – кувыркаться, опрокидываться).

2. Триггеры с двумя информационными входами:

1. RS – триггеры (Set –установка, Reset – возврат);

2. JK – триггеры.

У подавляющего большинства триггеров два выхода: прямой и инверсный, хотя вполне достаточно и одного. Два выхода делаются из чисто практических соображений удобства схемотехнического использования.

Рассмотрим кратко условные графические обозначения (УГО) указанных типов триггеров и их функции переходов.

Одновходовые триггеры.

а) D – триггер: б) T – триггер: .

Здесь: D – вход D-триггера;

T – вход T-триггера;

Q – прямой выход триггера;

- инверсный выход триггера;

C – синхровход для синхронных триггеров.

Двухвходовые триггеры

Аналитические выражения для функций переходов RS и JK – триггеров приводить не будем.

По способу приема и передачи информации триггеры, как и все цифровые устройства (в том числе и компьютер в целом) делятся на асинхронные и синхронные.

Асинхронные цифровые устройства переходят в новое состояние, и выдают соответствующие выходные сигналы, сразу же после появления активных сигналов на его входах.

Синхронные цифровые устройства переходят в новое состояние только в определенные моменты времени, задаваемые специальными синхросигналами, подаваемыми на его так называемые синхровходы – С. Отметим, что они ни в коей мере не влияют на саму функцию, как переходов, так и выходов, а определяют только моменты времени переходов.

Практически все современные компьютеры являются синхронными цифровыми устройствами.

7. Эбк: регистры и их классификация

Регистром называется упорядоченная совокупность триггеров, образующая запоминающее устройство на одно слово.

В настоящее время широко используются два типа регистров: запоминающие регистры и сдвигающие регистры.

Запоминающие регистры служат для запоминания одного слова информации длиной, соответствующей разрядности данного регистра. Основными операциями, которые реализуются при использовании запоминающих регистров, являются:

- операция установки регистра в исходное состояние (сброс), при котором все триггеры регистра переводятся в исходное (большей частью нулевое) состояние;

- операция записи в регистр слова информации параллельным кодом (т.е. всеми разрядами одновременно) и дальнейшего его хранения в нем;

- операция считывания, хранящегося в регистре слова информации параллельным кодом (прямым или обратным).

Сдвигающими регистрами называются регистры, в которых, помимо указанным выше операций, может осуществляться ещё и операция сдвига, занесенного в регистр слова. Сдвиг может осуществляться либо в сторону младших разрядов (регистры со сдвигом вправо), либо в сторону старших разрядов (регистры со сдвигом влево), либо со сдвигом как в ту, так и в другую сторону (регистры с двухсторонним сдвигом). В последнем случае такие регистры называются универсальными регистрами.

В компьютерах регистры составляют основу интерфейсных устройств между процессором и периферией, между процессором и памятью. Они лежат в основе аппаратной части самого процессора (входные и выходные регистры комбинационных узлов процессора, регистры общего назначения, индексные регистры, сегментные регистры, указатели стека, указатель команд, регистр флагов и др.).

Р егистры, как и триггеры, изготавливаются широко и в автономном исполнении, в виде отдельных интегральных микросхем. На рис VII.7 приведено, например, условное графическое обозначение универсального четырехразрядного регистра, изготавливаемого в виде интегральной схемы К555 ИР11.

Данный универсальный регистр имеет четыре режима работы:

1. Режим хранения информации, при котором его входы не реагируют на входные сигналы (S0 = 0, S1 = 0).

2. Режим записи последовательных кодов, поступающих старшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, влево (вниз) (S0 = 0, S1 = 1).

3. Режим записи последовательных кодов, поступающих младшим разрядом вперед, он же режим сдвига кода, хранящегося в регистре, вправо (вверх) (S0 = 1, S1 = 0).

4. Режим записи параллельных кодов (S0 =1, S1 = 1).

Синхросигналом является передний (положительный) фронт синхроимпульса.

Здесь: RG – условное обозначение регистра на схемах;

DR – вход ввода последовательных кодов младшими разрядами

вперед;

DL – вход ввода последовательных кодов старшими разрядами

вперед;

SI, S0 – входы управления режимом работы регистра;

C – вход синхросигналов и сдвиговых импульсов;

R – вход сброса регистра в нулевое состояние;

DI – входы параллельной записи кодов;

DO – выходы параллельной выдачи кодов.

Сброс осуществляется низким уровнем напряжения, подаваемого на вход R.