2.3.2. Мультиплексор и демультиплексор
Мультиплексор представляет собой схему с 2n входами, одним выходом и n линиями управления, которые выбирают одну из входных линий и она соединяется с выходом.
На рис.7 показан четырехвходовый мультиплексор, на каждый из входов D0-D3 которого подается однобитное число, количество входов равно 2n. В целом же входные линии кодируют 2n –битное число. Линии A, B являются управляющими (число линий равно n, в нашем случае n=2) и кодируют двубитное число в диапазоне от 00 до 11, которое указывает, какая из четырех линий входа D0-D3 должна соединяться с вентилем ИЛИ и значит с выходом F. Выбранной для соединения с выходом считается та входная линия, которой соответствует вентиль «И», на котором сигналы, идущие с управляющих линий, при прохождении через него дадут единицу. Этот вентиль «И» считается запущенным. Каждый вентиль «И» запускается определенной комбинацией сигналов с линий управления. При этом единица получается только на одном из вентилей «И», во всех остальных случаях будет получаться ноль. На вентиль «И», соответствующий выбранному входу, помимо сигналов c управляющих линий, поступает еще сигнал с этого входа, на выходе вентиля в результате будет сигнал, соответствующий конъюнкции 1 и сигнала с входа, по значению равный сигналу с входной линии. Далее, проходя через вентиль «ИЛИ» этот сигнал логически складывается с нулями на выходах остальных вентилей «И» и в результате на выходе F оказывается сигнал с выбранной входной линии. Если к схеме мультиплексора, изображенного на рис.7, добавить источник питания и «землю», то ее можно будет запаковать в корпус с 9 выводами (четыре вывода под входы, два вывода под линии А, В, один – под выход и еще два под питание и «землю»). Если в мультиплексоре количество управляющих линий, а значит и входов, будет изменяться, то и количество выводов в корпусе такого мультиплексора будет также другое.
Область применения мультиплексора следует из его определения, но помимо этого, эту схему можно использовать для преобразования параллельного кода в последовательный и для реализации логических функций.
На рис.8 (а) показан восьмивходовый мультиплексор при подаче на линии входа которого 8 битов данных, а затем, переключая линии управления последовательно от 000 до 111, 8 битов поступят на линию выхода последовательно. Обычно такое преобразование осуществляется при вводе информации с клавиатуры, поскольку каждое нажатие клавиши определяет 7- или 8-битное число, которое должно передаваться последовательно по линии.
Рис.8
(б) показывает, как можно используя
мультиплексор реализовать логическую
функцию большинства
.
Таблица истинности этой функции
изображена в таблице 1.
Таблица 1
Таблица истинности функции большинства
A |
B |
C |
F(A,B,C) |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Из рис.8 (б) видно, что те входы мультиплексора, которые соответствуют нулям в столбце F(A,B,C) таблицы 1, заземляются, а входы, связанные с единицей, соединяются с линией высокого напряжения Vву.
Противоположностью мультиплексора является демультиплексор, который соединяет единственный входной сигнал с одним из 2n выходов в зависимости от значений n линий управления. Если бинарное значение линий управления равно k, то выбирается выход k.
2.3.3. Компаратор
Компаратор сравнивает два слова, которые поступают на вход. Компаратор, изображенный на рис. 9, принимает два входных сигнала, А и В, каждый длиной 4 бита, и выдает 1, если они равны, и 0, если они не равны.
2.4. Основные цифровые логические схемы.
Арифметические схемы
Арифметические схемы – это комбинационные схемы, используемые для выполнения арифметических операций. В данном пункте мы рассмотрим схему сдвига, полусумматор, полный сумматор и арифметико-логическое устройство, которое является важной составляющей любого компьютера.
2.4.1. Схема сдвига
На рис. 10 изображена схема сдвига, содержащая 4 входа и 4 выхода. Четыре входных бита подаются на линии D0 – D3. Выходные данные, которые представляют собой входные данные, сдвинутые на 1 бит, поступают на линии S0 – S3. Линия управления С определяет направление сдвига: 0 — налево, 1 — направо. Помимо схемы, изображенной на рис.10, существуют схемы арифметического и циклического сдвига, которые основываются на схеме из рис. 10. Схемы сдвига могут использоваться при организации деления и умножения целых чисел.