Лекція 4
Напівсуматор. Зсувний регістр. Суматор. Електронний годинник.
Елементна база електронних машин. Майбутнє ‒ в нанотехнологіях.
4.1. Напівсуматор
Схемотехнікою називається дисципліна, яка вивчає методику проектування функціональних схем обчислювальних машин.
Функціональні, або логічні схеми, бувають двох типів: комбінаційні і послідовні. Комбінаційними схемами називаються такі, які виконують якусь функцію (дію) за один машинний такт. Послідовні схеми виконують більш складні операції і для їх виконання потребують декілька тактів. Розглянемо приклади таких схем.
Нам уже відома таблиця додавання. Запишемо її ще в одній, більш зручній для реалізації формі, але повністю еквівалентній.
х1 |
х2 |
х1 + х2 |
С |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
х1 |
|
|
|
0 |
1 |
х2 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
(1)0 |
|
а) б)
В таблиці б) через символ С позначений перенос в старший розряд. Покажемо реалізацію цієї таблиці на базі відомих нам логічних функцій (Рис.4.1).
х2
--
Рис. 4.1
Тут зображена типова комбінаційна схема (відсутні елементи пам’яті). Сигнали на виході схеми (х1 + х2 та С) з'являються в тому ж самому такті, що і сигнали на вході (х1, х2).
Схема, що зображена на малюнку, називається напівсуматором, бо вона на своєму вході не враховує переносу з молодшого розряду. Цю схему, що обведена пунктиром, умовно зображують таким чином:
4.2. Регістри.
Схеми, які містять в своєму складі елементи пам’яті, називаються послідовними схемами, або цифровими автоматами. Обов’язковим елементом послідовних схем є пам’ять, яка реалізується на тригерах. Для подальшого викладання введемо спрощене умовне позначення тригера (Рис.4.2).
Рис. 4.2
Якщо на „1” – виході високий потенціал, то тригер знаходиться в стані „1”. Якщо на „0” – виході високий потенціал, то – в стані „0”.
S – переводить тригер в „1”.
R – переводить тригер в „0”.
С – переводить тригер в протилежний стан ‒ лічильний (счетный) вхід.
Домовимось, що в прикладах, які розглядаються в цій лекції, тригери управляються короткими сигналами (імпульсами) і перехід тригера з одного стану в другий після подачі імпульсу на вхід відбувається з затримкою, що дорівнює тривалості імпульсу. Ця домовленість потрібна для коректності схем, що будуть розглядатися далі.
Взагалі регістром називається ланка тригерів, що призначена для збереження двійкових кодів (чисел або слів). Умовно регістр можна позначити схемою (Рис.4.3):
Рис. 4.3. Регістр.
Передача інформації між регістрами може здійснюватись паралельним чином, як показано на Рис. 4.4, або послідовно – зсувний регістр (Рис.4.5).
Іпер
Рис. 4.5. Паралельні регістри.
Рис. 4.6. Зсувні регістри.
В зсувному регістрі записаний код може зсуватися вліво чи вправо під дією вхідних імпульсів. На Рис. 4.7 наведено функціональну схему такого регістру.
Рис. 4.7. Функціональна схема регістру.
В даному випадку при подачі імпульсів зсуву (Ізс) код в регістрі буде зсуватися вправо, молодшими розрядами вперед. З кожним тактом зсув буде виконуватись на один розряд.