3.5 Демультиплексор

 

Демультиплексор мультиплексор  функциясымен кері  функцияны орындайды, яғни бұл КЛС, бір ақпараттық кіріс  F, k басқарушы  кірістері V_k...V₁ және  n ақпараттық шығыстардан  (х₁…х_n) тұрады. n=2^k тең болады.

Қате байланыс қатесі бір арнаның  мәліметтерін бірнеше қабылдағыш арасында тарату үшін қолданылады.

Мысалы, n = 4;  k = 2 демультиплексор құрастырамыз.

Ақиқат кестесі а (n=4; k=2) 3.5 кестеде келтірілген.

 

3.5 кесте

V2	V1	x1	x2	x3	x4
0	0	F	0	0	0
0	1	0	F	0	0
1	0	0	0	F	0
1	1	0	0	0	F

 

Қисындық теңдеу мына түрде болады:

 

 

 Қате!Байланыс қате сұлбасы  «4/1 » 3.34 суретте келтірілген.

3.35 суретте демультиплексордың шартты белгісі көрсетілген.

 

                3.34 сурет                                                                 3.35 сурет

 

3.4 Тізбектелінген   қисындық сұлбалар

3.4.1 Триггерлер.

3.4.1.1 Триггердің құрылымдық сұлбасы.

Ең қарапайым  тізбектелінген  қисындық сұлба  – триггер 2 тұрақты тепе-теңдік күйіне  – «1» және «0» ие. Сыртқы әсерсіз ол ұзақ уақыт тұрақты жағдайда болады, ендеше ол ақпаратты   уақытша сақтауға арналған есте сақтау элементі. Оның екі шығысы  бар: Q тура және   инверсиялық. Триггер күйі тура шығыстағы  потенциал мәнімен анықталады.

Q = 1 болғанда, бірлік күй  = 0.

Q = 0 болғанда , нолдік күй  = 1.

Жалпы алынған құрылымдық сұлба 3.36 суретте  келтірілген, мұндағы,

S, R – орнатылған кірістер;

X₁,…,X_n – информациялық кірістер;

C₁,…,C_m –синхронизация кірістері;

V₁,…,V_k – басқарушы кірістер (рұқсат ету);

S*, R* – есте сақтав  ұяшығының  (ЕСҰ) орнатылған кірістері.

 

 

3.36 сурет

 

Сұлба Q  және    шығыстарынан кері байланысқа ие болады және  (БС) басқару  сұлбасының  шығыстарынан (БС)  кірістеріне кері  байланысқа ие.

3.4.1.2 Триггерлерді кластарға бөлу.

а) қисындық құрылымы  немесе функционалдық белгісі бойынша былай  бөлінеді (3.37  суретті қара):

1) RS-триггер  бөлек  0 және 1 (set – қондырғы 1, reset – қондырғы 0).

11 топтамасына тиым салынған .

2) D-триггер –1 кірісі  бойынша ақпаратты қабылдау. Оның күйі  токтылық сигналмен анықталатын кіріс сигналы біраз  кешігіп  қайталайды  (delay – кешігіп).

3) Т-триггер – есептегіш кірісті,  тригердің қарам-қарсы  күйге көшуі  кез келген келесі сигнал арқылы орындалады (toggle – ауыстырып қосқыш).

4) DV-, TV-триггерлерінің  қосымша  V кірісі  (valve – клапан, вентиль) бар. V = 1 болғанда , DV-триггер D сияқты жұмыс  істейді , ТV-триггер к T-триггер сияқты  V = 0 болғанда  триггер күйі  сақталады.

5) JK-триггер – «0» және  «1» қондырғысы бөлек  әмбебап триггер. Алуға тыйым салынбаған. 11 болған кезде  тактілік  кіріске қатысты  Т-триггер сияқты жұмыс істейді. Бөлек қолдану кезінде  J – қондырғы «1», K – ауытқу «1» немесе  орнату «0».

6) құрамдастастырылған триггербірнеге режимді (RS-T, JK-RS, D-RS  және т.б.) біріктіреді.

7) күрделі  логикалы триггер– мысалы, J және  K кірістер тобы  бар JK-триггер, олар операциясымен жалғанған &: J = J₁ J₂ … J_n, K = K₁ K₂ … K_n. Мұндағы n – әрбір топтағы кірістер саны.

 

 3.37 сурет

 

б) триггерлерді  ақпаратты жазу  тәсіліне қарай  кластарға бөлуі  3.38 суретте келтірілген.

 

3.38  сурет

 

Ақпаратты жазу   тәсіліне қарай   триггерлер  асинхронды және тактіленген  деп  бөлінеді. Асинхронды триггер күйі кіріске сигнал берген кезде тікелей өзгереді.Осы кезде екі теріс салдар пайда болады:

а) алдыңғы күй туралы ақпарат  пайдаланылмайды;

б) күрделі аспаптардағы триггер жұмысында «жарыс» немесе «сигналдар сайысы» эффектісі  ҚЭ әртүрлі тез әсерлігіне байланысты (тез әсер ететіндері  тез жұмыс істейді).

Синхрондық, яғни  элементтерін бір уақытта қайта қосу оның сенімділігін арттырады.

Тактіленетін (синхрондалатын) триггерлер қосымша тактілеуші кіріс  С (Clock) ие болады.  С сигналы басқару сұлбасына ақпаратты триггерге қосуға рұқсат береді, бірақ триггер күйі тактілік  импульс аяқталған мезетте ауысады ( синхросигналдың  «1» ден  «0» өтуі).

Тактіленген триггерлер бөлінеді:

а) тактілік кірістер саны бойынша – біртактілі және  көптактілі;

б) синхронизация тәсілі бойынша:

1) синхрондық, жазбаларды  статистикалық басқару (яғни деңгеймен). Триггер бір деңгейде белгіленген  режимде, басқа деңгейде – бөлек  режимге көшеді;

2) синхрондық, жазбаларды   динамикалық басқару (өсу уақытында  – тура динамикалық кіріс немесе  импульс түсуі – инверсиялық динамикалық кіріс) немесе  фронттармен басқару.

Жазбаларды  статистикалық басқару триггерлері деңгей сандарына байланысты бірдеңгейлік және екідеңгейлік  – MS-триггерлер деп бөлінеді.

3.4.1.3 Асинхронды RS-триггер.

а) Көшу кестелері.

Екі тұрақтылы қарапайым RS-триггері көшу кестесіне сәйкес қызмет атқарады ( 3.6 кестені қара).

 

3.6 кесте                                         

N	Rn	Sn	Qn	Qn+1
0	0	0	0	0
1	0	0	1	1
2	0	1	0	1
3	0	1	1	1
4	1	0	0	0
5	1	0	1	0
6	1	1	0	Х
7	1	1	1	Х

      

Q_n – t_n  мезетіндегі триггер қалпы, басқару сигналдарының келуіне дейін  R_n және  S_n ;

 Q_n+1 – t_n+1. мезетінде триггердің ауысатын қалпы.

3.6-кестесінің  0,1 жолдарынан  S_n=0, R_n=0, болғанда   Q_n+1= Q_n, яғни триггер қалпы сақталатындығын көре аламыз.

 2,3  жолдарынан,  S_n=1 R_n=0 болғанда Q_n - тәуелсіз алдынғы қалпы жаңа қалыпта болады - Q_n+1=1.

 4,5 жолдарынан  R_n=1 болғанда  (жойылады) және S_n=0 болғанда,  Q_n  –тәуелсіз алдыңғы қалпы жаңа қалыпта болады -  Q_n+1=0.

6,7 –нен R_n=1, S_n=1- тыйым салынған жинақ екенін көруге болады,  яғни  S=1 болғанда бір уақытта “1” белгілдеуге болмайды,  R=1 болғанда  “0” белгілейді.  Q_n+1 қалпы анықталмаған болып табылады  (шығысында  «0» немесе  «1» болуы мүмкін).

б) Өшіп-жану қызметі.

3.6 кестесі бойынша сипаттамалық теңдеуін жазып алайық  Q_n+1=f(R_n, S_n, Q_n) , оны  дизъюнктивті қалыпты формула ретінде

R_nS_n=X – тыйым салынған жинақ.

Минтерндер үшін (1константы) Карта Карно 3.49-суретте келтірілген.  Жинақтардың айқындалмаған белгілерін бірліктермен табу керек.  Сонда – екі  контур қалыптасады және сипаттамалық теңдеуі келесідей болады.

 

                             .                                                             (3.3)

 

Макстермдер үшін (0 константа) Карта Карно 3.50-суретінде келтірілген.  ХХ белгісіздігін нөлдермен анықтаймыз. Сипаттамалық теңдеуі келесідей болады  (3.4).

 .                                                          (3.4)

 

                   3.39 сурет                                             3.40 сурет

 

 НЕМЕСЕ-ЕМЕС немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС бір элементті базистерінде триггерлерді қарайық :

 (3.3) -тен              ;              (3.5)

(3.4)-тен                 ;              (3.6)

 (3.3)-тен                 ;                  (3.7)

из (3.4)                                      (3.8)

в)  триггерлердің іске асуы

НЕМЕСЕ-ЕМЕС  базисіндегі тікелей кірісті асинхронды триггерлер  3.5 және 3.6 суреттерінде келтірілген.   Қисындық  құрылымы 3.41-суретінде, шартты белгіленуі - 3.42-суретінде келтірілген.                

 

 

                 3.41 сурет                                         3.42 сурет

 

3.7-кестесінде ауысулардың қысқартылған кестесі келтірілген.  S=1, R=1 – тыйым салынатын жинақтар.  Екі S –кірісінен тұрады,  1 құру, R – құру  0.

 

3.7 кесте

Rn	Sn	Qn+1
0	0	Qn
0	1	1
1	0	0
1	1	X

Инверсті кірісті асинхронды триггерлер  (3.7) және  (3.8) суреттерінде келтірілген,  ЖӘНЕ-ЕМЕС базисінде жүзеге асырылады.  Қисындық құрылымы  3.43-суретінде,  шартты белгісі  -  3.44-суретінде келтірілген.                

                 3.43 сурет                                                     3.44 сурет

 

3.8-кестесінде ауысулардың қысқартылған кестесі келтірілген. .     – тыйым салынатын жинақтар.

3.8 кесте

		Qn+1
1	1	Qn
0	1	0
1	0	1
0	0	X

 

 

 

 

г) триггер - жадыда сақтаушы тор ретінде.

RS-триггері тұрақты күйлердің біреуін бір кірістегі  ақпараттық сигналдың көп еселі өзгеруінен екінші кірістегі ақпараттық сигналдың нөлдік мәнінде сақтайды.

2.8-кестенің  0,1 жолынын R=S=0 болғанда       Q_n+1=Q_n, триггер қалпы өзгеріссіз қалады.

 2, 3 жолдарынан,  R=0; S=1; триггердің кез келген жағдайында   Q_n+1=1 болады.

 4, 5 жолдарынан  R=1 S=0  триггердің кез келген жағдайында     Q_n+1=0.

Бұл қасиетті сақталатын тордың асинхронды триггері түзеді.

д)  асинхронды RS-триггера графы

А синхронды RS-триггері жұмыс істеу қағидасын келесі сызба түрінде айқындауға болады.

Граф төбесі дөңгелектермен айқындалған – триггердің ішкі қалпы,  доғалар – қабырғаларының бағыттары– сызықтармен белгіленеді, бір төбеден басталып сол төбеден немесе басқасынан бітеді.  Доғалар мен кетіктер кіріс сигналдарының әсерінен болған өзгерістерді айқындайды.  11 жоқ болса – тыйым салынған құрамалар. Мысалы,                                   3.45 сурет

триггер 1-ден 1-ге қосылатын кіріс

сигналдарының комбинациясын анықтау қажет.  Кетік жанында 00, 01. Бұл  R=0 S=0 немесе  1 білдіреді

3.4.1.4 Тактіленетін RS-триггері.

3.46-суретінде көрініп тұрғандай  ЖӘНЕ-ЕМЕС қисындық элементтеріндегі  RS-триггерінің тактіленген сұлбасы келтірілген. Сақталынатын әрбір тордың кірісінде сәйкестік қосымша сұлбасы бар (ЖӘНЕ-ЕМЕС). Олардың бірінші кірістері біріктірілген,  оларға синхронды импульстер беріледі, екінші кірістерге  – ақпараттық сигналдар беріледі. С=0 болғанда –  триггер қалпы өзгеріссіз қалады.  3.47-суретінде және  3.9-кестесінде триггердің шартты белгіленуі және сәйкесінше көшудің қысқартылған кестесі келтірілген.

                      

 

 

                            3.46 сурет                                              3.47 сурет

        3.9 кесте

Сn	Sn	Rn	Qn+1
0	0	0	Qn
1	0	0	Qn
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	Х

Сипаттамалық теңдеуі келесідей түрде

болады   ; CRS≠1  С=1

болғанда S=1 Q=1;  R=1 болғанда Q=0.

ЖӘНЕ-НЕМЕСЕ-ЕМЕС  элементеріндегі   RS-триггерінің сұлбасы 3.48-суретінде келтірілген.

  Мұндағы,   - кез келген ақпараттық нөлдік сигнал триггерінің асинхронды құрылымы.  

-тікелей жады тізбегіне берілген.

 

3.4.1.5 JK-триггері (әмбебап).

Тактіленетін JK-триггер  3 кірістен тұрады: С. Бірақ бірсатылы триггер  сақтау жадысы екі мағынада жұмыс істейтіндіктен сенімсіз болып 3.48 сурет                            келеді, ақпарат көзі ретінде қызмет етеді– оның

басқару сұлбасына бұрынғы қалпының сигналы барып түседі;

қабылдағыш ретінде қызмет атқарады – жаңа қалыпқа келеді және ескісі жойылады. Екі операцияның біруақытта орындалуы мүмкін емес болып табылады. Сондықтан екісатылы триггерлер динамикалық басқарумен құрылады.

3.4.1.6 D-триггер.

1 кірістен, 2 шығыстан тұрады, сигналдың бөгелуін қамтамасыз етеді.  Қайта қосылу  функциясы  , шығыстағы ақпарат алдындағы кіріс ақпаратына тең болып келеді.

Бірақ әдетте тактіленетін триггерлер құрылады.  Ақпаратты қабылдау мезеті С тактілі сигналымен анықталады.

 D-триггерінің дұрыс қызметі үшін кіріске ақпарат келгеннен кейінгі С синхросигналының уақыт  интервалы дұрыс сақталу қажет. Сипаттамалық теңдеуі келесідей болып келеді:  .

Тактіленетін  D-триггер  2 кірістен тұрады: А- ақпараттық, С – тактіленетін (3.49 суретті қара).

 

                                                   3.49 сурет                            3.50 сурет

 

Мұндағы ҚЭ1, ҚЭ2 – басқару сұлбасы, ҚЭ3, ҚЭ4 – жадыда сақтау торлары.

 3.49 және  3.50 -суреттерінде  – шартты белгіленулері және V-триггерлер, пунктирмен  V-рұқсат етілген қосымша кірісі көрсетілген .

С=1 болғанда триггер жазылады, кірістен С синхросигналына дейінгісі  көрсетіледі.

V –триггерінде,  V=1 болғанда  ретінде қызмет етеді.

V=0 болғанда – ақпарат жадыда сақталады.

 

3.4.1.7 Т-триггер.

Ақпараттық кірісі бар  Т триггер кірісіне сигнал барып түскенде қайта қосылады. Триггердің жұмыс істеу логикасы 3.10-кестесінде келтірілген.

 

Tn	Qn	Qn+1
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

 

 

 

а)                                              б)      

3.51 сурет                        

 

Сипаттамалық теңдеу     көрініп тұрғандай, триггер 2 модулъ бойынша қосындының тудыратындығын көруге болады.  (3.51-суретіне және  3.10-кестесіне қара).

Шығысының жиілігі кірісіне қарағанда 2 есе төмен.  Сондықтан, триггерді екіге бөлгіштік және есептеу аспаптарын құраушы ретінде қолдануға болады.  

Т-триггер  D-триггерінен    берілісін  D кірісіне апару арқылы алуға болады, керісінше тыйым салынады, сондықтан өндірісте RS және JK-триггерлерінен құралады (3.52 суретті қара).

3 .52 сурет

 

 

3.4.1.8 Екісатылы триггер.

Көпразрядты аспаптардың сенімді және дұрыс қызметі үшін екісатылы   MS-триггер қолданылады. Ол екі бөліктен құралған: М-master –негізгі, S-slave – көмекші – қосалқы. Осы сатыларға бір уақытта ақпарат қабылдауға тыйым салынған. Үрдістер арасындағы қайшылықтар жойылған: ескі жазбаны сақтау және жаңа жазба жазу. Ең алдымен бірінші сатыда жаңа ақпарат қалыптасады және бұл кезде екіншісінде ескі жазу сақталады. Содан кейін ақпарат 1-сатыдан 2-сатыға беріледі. Бірінші саты триггер атауын айқындайды.  MS-триггер құраушысы ретінде екі синхронды триггер және   инвертор қолданылады.

Мысалы,  3.53,а суретінде  RS-триггер екісатылы триггер қисындық элменеттерде құралған,  3.53, б суретінде  –бірсатылы триггерлерде.

Триггер нөлдік қалыпта болады Q=0. Кіріске С=1; S=1; R=0 берілген. Триггердің бірінші сатысы «1» қосылды. Шығысында  ҚЭ3 «1», шығысында ҚЭ4 «0». Бір уақытта инвертор ҚЭ5 және ҚЭ6 кірісінде  «0» синхронды сигналына қосылады және ол  ҚЭ7 және ҚЭ8 қалпын өзгерпейтін ҚЭ5 және  ҚЭ6 шығысында  «1» кіреді.

Синхронды сигналдың С=0 болып ауысқан кезінде ҚЭ1 және ҚЭ2 шығыстарында «1» бар болады, және ҚЭ3 және ҚЭ4 өздерінің қалыптарын сақтап қалады, ал ҚЭ3 және ҚЭ4 сигналдары ҚЭ5 және ҚЭ6 сигналдарына жазылады, яғни ақпарат триггердің бірінші сатысынан екінші сатысына барып жазылады.

Шартты белгілеуде екі ТТ белгісі бар болады (3.53 суретті қара) рую.

 

 

 

 

 

 

В условном обозначениок 3.53,в           ).3.53 сурет

 

зRS-триггеріне кері байланысты қосу арқылы ҚЭ8 шығысынан ҚЭ1 кірісіне және ҚЭ7 шығысынан ҚЭ2 кірісіне  екісатылы JK-триггерін алуға болады  (3.54 суретті қара).

 

                                     3.54 сурет

 

Сипаттамалық теңдеу келесідей болып келеді  . Көшу кестесі келесі 3.11-кестесінде келтірілген, ал шартты белгіленуі  3.55-суретінде келтірілген.

 

3.11 кесте

Jn	Kn	Qn+1
0	0	Qn
1	0	1
0	1	0
1	1

 

                                                      

 

 

3.55 сурет

 

          3.4.2 Регистрлар.

3.4.2.1 Белгіленуі мен классификациясы.

Регистр – бұл екілік сандардың қабылдау, сақтау, қайта өзгерту және шығаруға бағытталған реттік аспап болып табылады.

 Регистрлер көптеген функционалдық мүмкіндіктерге ие.  Кеңінен таралған. Басқарушы және жадысында сақтаушы, генераторлық және кодтарды өзгертуші, есептеу құралдары, бөлгіштер және т.б. ретінде қолданылады.

Регистрдің тиекті элементтері динамикалық және статикалық басқарушы  D-, RS-, JK-триггертері болып келеді.  

Бір триггер 1 бит ақпаратты жадысында сақтай алады, яғни оны бір разрядты регистр деп есептеуге болады. ЭЕМ көпразрядты сандармен операциялатындықтан, регистр ретінде триггерлердің жинақтары мен жалғастары қолданылады.

Сондай-ақ регистр қосымша элементі ретінде КЛС құрамына кіреді.  Ақпаратты сыртқы регистрге енгізу- бұл енгізу мен жазу немесе оны оқу  операциясы болып табылады.  ЖЖҚ қарағанда ақпарат бірнеше тактіден артық сақталмайды. 

Барлық регистрлер келесілерге бөлінеді:

а)  қызмет қағидасы бойынша:

−        жинақтаушы (жады регистрлары, сақтау);

−        қозғалатын (бір ретті сақтау және кодтардың өзгерісі);

б) ақпаратты тексеру мен шығару тәсілі бойынша:

−        параллельді;

−        ретті;

−        аралас (параллелді-ретті, ретті -параллельді);

в) беріліс бағыты бойынша:

−        бірбағытты (оңға және солға);

−         реверсивті;

г) синхронизация тәсілі бойынша:

−      біртактілі;

−      көптактілі;

д) қабылдау арнасы бойынша:

−        бірфазалы;

−        екіфазды.

3.4.2.2 Сақтау регистрі.

3.56-суретінде параллельді қабылдау мен ақпаратты беру регистрінің сұлбасы келтірілген.  Региср шығысына жадысына сақтауға  n-разрядты сөз беріледі (X₁ …. X_n).

 

3.56 сурет

 

Мұндағы шина  белгілеулері: П – қабылдау, С – синхронизация, В – тапсыру, Пр – ақпаратты түрлендіру, «0» – RS-триггерлерінің шығысына нөлді құру.

Сақтау регистрі «И». элементтерінің қисындық RS-триггерлеріне құралған.  

Барлық триггерлердің R  кірістері тастау шинасымен қосылған және қайтадан ажыратыдған  (Құр. «0»).   «0» регистрін құру үшін Құр «0» және  «С» бойынша біруақытта  «1» беру қажет (тактирациялық кірістерді біріктіретін синхронизациялар)

Ақпаратты қабылдау және жазу.

Келесі тактіде  Х₁, Х₂,…, Х_n кодтары параллельді түрде «И» қисындық элементтерінің кірісіне түседі, біруақытта «1» сигналы – Қ (қабылдау) шиналары  және С бойынша өтеді.  «И» шығыстары «S» кірістерімен байланысқан.

 Х_i=1 триггерлерде разрядтарі бірлік қалыпта құрылады,  мұндағы Х_i=0 – триггер қалпы өзгермейді.

Ақпаратты беру

 Q триггер сигналының тікелей шығысына «И» қисындық элементтерінің кірісіне барады.  «И» екінші шығыстары «В» ақпаратының жалпы шинасымен байланысқан болып келеді.  Регистдың шығысында Х₁,….Х_n тікелей кодын аламыз.

Шина бойынша сигналды беруде Пр - қайтақұрылу, «И» сұлбасына барып түседі,  «И» кінші шығысында -   -ден,  «И» шығыстарында    кері коды пайда болады. Оқуда триггер қалпы өзгеріссіз қалады, яғни оқылу ақпаратты бұзбай бірнеше рет жүзеге асырыла алады.