2. Схемотехника комбинационных узлов

2.1. Общие сведения

Под комбинационными понимают узлы, не содержащие элементов памяти.

В таких узлах всякое изменение состояния входных сигналов вызывает соответст-

вующее изменение выходных сигналов с минимальной задержкой, зависящей от

быстродействия данного узла. В общем случае комбинационный узел содержит

несколько входов и несколько выходов. Поведение комбинационного узла описы-

вается функциями алгебры логики (булевыми или логическими функциями). При

этом для каждого выхода можно определить соответствующую булеву функцию,

которая полностью определяет поведение комбинационного узла по данному вы-

ходу без учёта задержки распространения сигнала, то есть для идеального узла.

Время задержки сигнала по каждому выходу может быть разным. Время задержки

зависит и от того, какой входной сигнал изменением своего состояния привёл к

соответствующему изменению данного выходного сигнала.

Поведение комбинационного узла может быть задано таблицей истинности,

в которой каждой комбинации значений входных сигналов ставится в соответст-

вие значение каждой выходной переменной. Входные переменные будем обозна-

чать буквой x с соответствующим индексом, а выходные - буквой y с соответст-

вующим индексом. По известной таблице истинности можно для каждого выхода

составить соответствующую булеву функцию, как это будет продемонстрировано

ниже. Количество комбинационных узлов, которые можно синтезировать, огром-

но даже при достаточно небольшом числе входных переменных. Но практика

проектирования средств вычислительной техники показывает, что в большинстве

случаев не требуется собственно разработки нового комбинационного узла, а дос-

таточно ограничиться применением известных схемных решений, реализованных

в виде микросхем. Достаточно лишь разумно использовать стандартные микро-

схемы.

Выделим следующие комбинационные узлы, которые реализованы в виде

микросхем: дешифраторы и шифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры,

ва. Именно эти комбинационные узлы рассмотрим в этом разделе.

В комбинационных узлах можно выделить информационные, адресные и

управляющие входы. Управляющие входы помечают меткой E (Enable – разреше-

ние). Информационные и адресные входы помечаются цифровыми метками, ко-

торые могут обозначать номер по порядку или вес двоичной переменной, пода-

ваемой на данный вход. Вес указывают или степенью двойки, в которую следует

возвести двойку, чтобы получить реальный вес разряда, или действительным зна-

чением веса разряда. Примеры двух вариантов обозначения одинаковых входов,

которые отличаются весом, показаны на рисунке 2.1.

Младший

разряд

x0

x1

x2

x3

а)

0

1

2

3

Младший

б)

1

2

4

8

Рис. 2.1. – Варианты обозначения входов с разными весами

Для входов и выходов узла можно определить понятие активного и пассив-

ного сигнала. Под активным понимают тот уровень сигнала, который вызывает

определённые действия или представляет интерес. Если активным является уро-

вень единицы, то соответствующий вывод является прямым и изображается так,

как показан прямой вход разрешения работы на рисунке 2.2,а. Если активным яв-

ляется нулевой уровень, то соответствующий вывод помечается инвертирующим

кружком, как показано на рисунке 2.2,б.