Арифметико-логические устройства (арифметика, логика, сравнение)
Основой АЛУ служит сумматор, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности АЛУ и обеспечивающей его перестройку с одной операции на другую.
В зависимости от построения и характера работы различают АЛУ последовательного, параллельного и параллельно – последовательного действия.
В блочном АЛУ содержится набор устройств для выполнения отдельных видов операций или операций над определенными видами операндов.
В многофункциональных АЛУ все операции над любыми числами выполняются в одном устройстве.
3.11.1 Синтез комбинационных узлов
Задание комбинационного узла сводится к заданию тех функций, которые он должен реализовать. Число функций определяется только числом выходов разрабатываемого комбинационного узла.
Процесс синтеза КУ состоит из 2-х этапов:
Абстрактный синтез, который включает:
формирование задачи, словесное описание функций устройства, определение типа устройства;
описание устройства на формализованных языках: таблица истинности, карта Карно, аналитическое выражение и т.д.;
минимизация булевых функций;
построение логической схемы устройства.
Схемный синтез, в процессе которого осуществляется:
переход в требуемый базис;
построение принципиальной схемы;
разработка монтажной схемы;
изготовление устройства и его испытания.
Синтез КС на логических блоках является самым традиционным и изученным. В этом случае абстрактный синтез КС содержит следующие этапы:
минимизация логических функций;
переход к заданному логическому базису.
Минимизация – это такое преобразование логических функций, которое упрощает их в смысле заданного критерия.
Переход к заданному логическому базису от исходных выражений, которые получают в булевом базисе И, ИЛИ, НЕ, основан на применении закона двойственности (дуальности, теоремы де-Моргана).
К
примеру, для перехода к базису И-НЕ
функции
необходимо
выполнить следующее преобразования:
.
Для синтеза КС на основе логических блоков табличного типа обязательно необходимо чтобы функция была представлена в СДНФ.
Сложность схемы оценивается количеством оборудования, составляющего схему.
Сложность (цена) по Квайну определяется суммарным числом входов логических элементов в составе схемы.
Быстродействие комбинационной схемы оценивается максимальной задержкой сигнала при прохождении его от входа схемы к выходу.
Тема 4. Схемотехника цифровых элементов Лекция 4
Триггеры – элементарные автоматы, содержащие собственно элемент памяти (ЭП) (бистабильная ячейка) или фиксатор и схему управления.
Рис. 4.2. Бистабильные ячейки на ЛЭ ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)
4.3. Асинхронные триггеры
Как уже упоминалось ранее, асинхронный триггер – это устройство, занесение информации по любому входу которого производится без синхронизирующего сигнала.
RS- триггер
Рис. 4.4. Условное графическое обозначение асинхронного RS триггера с прямыми (а) и инверсными входами (б)
Рис. 4.5. Временные диаграммы работы асинхронного RS триггера с прямыми входами
R-триггеры, устанавливается в «0».
S-триггер, устанавливается в «1».
Е-триггер, сохраняет свое предыдущее состояние.
D-триггер
Триггер типа D (от английского Delay – задержка) имеет один вход. Его состояние на прямом выходе повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом, поступающим на синхровход.
DV-триггер
DV-триггер отличается от D-триггера тем, что благодаря управляющему сигналу V представляется возможность избежать недостатка, присущего асинхронному D-триггеру. А именно: если вход V=0, то DV-триггер хранит информацию (см. таблицу рис. 4.10,б), а при V=1 – он работает как D-триггер.
T-триггер
T-триггер – устройство, меняющее свое состояние на противоположное при поступлении активного уровня сигнала на его вход. Т.е. при поступлении на вход этого триггера серии сигналов, состоящей из «0» и «1», на выходе по приходу каждой второй «1», на прямом выходе триггера будет «0», при условии нулевого начального его состояния. Получается, что Т-триггер считает «1» на своем входе и, если на вход поступило четное количество «1» (или «0» при инверсном входе), на его выходе будет «0», в противном случае – «1». Из-за этого Т вход этого триггера называют счетным.
JK-триггер
JK-триггер отличается от RS-триггера тем, что при наличии на его входе запрещенной комбинации состояния выходов JK-триггера инвертируются.