где Щ—количество витков записывающей обмотки; / — -величина токового -сигнала, соответствующая -ко
ду 1 {А];
I — -средняя длина сердечника [м].
Под действием создаваемого магнитного поля сердечник -пе реходит в единичное состояние + ВГ. Если этот переход произ водится из состояния —Вг, то в базовой обмотке сердечника наводится э. д. с., -приложенная плюсом к базе транзистора, ко торый затирается, н цепь для протекания через него тока раз рывается. При этом на выходе ФТЯ -онг,нал не выдается. При записи 0 на записывающую обмотку импульсный сигнал не подается и ферритовый сердечник остается в исходном (нуле вом) состоянии —Вп в котором он оказался после предыду щего считывания. Для считывания записанной в ФТЯ информа ции -необходимо подать импульсный сигнал на -считывающую обмотку wc. Под действием этого сигнала создается магнитное поле величины — и сердечник устанавливается в устойчивое состояние —В г.
Если производится считывание 1, то вследствие перемагни-
чива-ния сердечника на величину |
АВ = Вг + Вт в базовой об |
мотке наводится э. д. с. величины |
которая приложена минусом |
к базе транзистора. Вследствие этого триод открывается и в выходной цепи ФТЯ к источнику —Ек протекает импульсный ток единичной амплитуды.
Если производится считывание 0, сердечник вследствие не прямоугольное™ петли гистерезиса в области насыщения изме няет состояние намагниченности от —Вг до —В„п при этом в базовой обмотке w6 наводится э. д. с. нулевого уровня е0. Хотя величина э. д.-с. e0< eh ,но поскольку она также приложена ми нусом к базе триода, последний приоткрывается, в выходной цепи протекает -небольшой ток, который означает сигнал по мехи.
Сигнал -помехи может возникать и при записи 1, в момент перехода -сердечника из неустойчивого состояния + Вт в устой чивое + ВГ Направление изменения магнитной индукции-сердеч ника такое, что э. д.-с., образуемая в базовой обмотке, будет приложена минусом к базе триода. Вследствие малой скорости изменения магнитной индукции: величина этой э. д. с. меньше, чем при считывании нуля, следовательно, и величина сигнала помехи на выходе ФТЯ при записи будет незначительной.
Полярность и относительная величина сигналов в базовой обмотке и на выходе ФТЯ .показаны на рис. 12.41.
Коллекторная обмотка wK на сердечнике ФТЯ применена для -осуществления положительной обратной связи. При откры том триоде через нее протекает ток. который усиливает магнит ное поле, создаваемое обмоткой считывания. Этим самым уско ряется процесс перехода сердечника из состоянии + В Г в ео-
стоящие —Вп увеличивается амплитуда выходного сигнала на нагрузке Z„ и требуется меньший считывающий .сигнал. Ре зистор RK в выходной цепи является ограничительным для то ка, протекающего через транзистор. Для ФТЯ с полупровод никовым трнодо.м типа МП 16:
Ек = - |
12 В; |
|
4.Д0П = 120 мА; |
о _ |
Ек |
|
12 |
= 100 Ом. |
------ |
г |
0,12 |
|
|
|
'Включение резистора R 3 с |
небольшим сопротивлением в |
эмиттерную цепь транзистора реализует в схеме ФТЯ отрица тельную обратную связь. Выделяемое на нем при протекании тока напряжение прикладывается плюсом к базе открытого триода. Этим обеспечивается быстрое рассасывание на базе неосновных носителей (электронов) и сокращается длитель ность выходного импульсного сипнала. Наличие этой отрицатель ной обратной связи резко сокращает также зависимость харак теристик импульса от разброса параметров триода, в первую очередь, сопротивления цепи база—эмиттер.
Зал.,, 1 |
Счит.„ 1' |
Счит.,,0" |
Кг— |
—!— |
— |
чЛ-*- |
|
|
Л Г |
2 |
_Л |
К |
|
A t |
нПомеха J " ..о"
(Помеха)
Рис.
Включение в базовую цепь некоторых ФТЯ резистора Rб сопротивлением несколько десятков ом -обеспечивает стабили зацию входного сопротивления триода и постоянство тока базы, в результате чего повышается помехоустойчивость ФТЯ при изменении -температуры.
В некоторых типах ФТЯ уменьшение помехи на выходе ячейки обеспечивается путем" включения в схему-, дополнитель ных компенсирующих ферритовых сердечников. Схема ФТЯ с компенсацией помехи при считывании показана на рис. 12.42. Базовые обмотки w6 рабочего (PC) и компенсирующего (КС) сердечников включены встречно, считывающие обмотки wc включены последовательно.
В этом случае при считывании нуля или при повторном счи тывании в базовых обмотках PC и КС наводятся э. д. с. чтро-
т.ивоноложного знака, которые компенсируют друг друга, л помеха на вьиходе ФТЯ не образуется или значительно умень шается. При считывании 1 в базовой обмотке рабочего сердеч ника наводится э. д. е. большей величины, нежели в базовой обмотке компенсирующего сердечника, поэтому триод открыва ется и на выходе ФТЯ выдается сигнал единичной амплитуды.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Помеха п.р:н записи в большинстве случаев не |
компенсируется, |
так как она имеет меньшую величину, |
чем |
при считывании. |
|
|
;р |
|
те |
Ввиду того, что при рабо- |
4 |
-Е |
ФТЯ |
|
моменты |
за пнет |
ч |
х |
считывания |
не совпадают, |
в |
|
|
|
схемах вычислительных уст |
|
|
|
ройств управление ими про |
|
|
|
изводится |
импульсными си |
|
|
|
гнала м;и, |
разнесенными |
во |
|
|
|
времени (рис. 12.43). |
|
|
|
|
|
На временных |
диаграм |
|
|
|
мах показаны два вида токо |
|
|
|
вых сигналов:/^, |
11 //■„. |
|
|
|
|
Эти группы импульсных сиг |
|
|
|
налов имеют сдинаксл/ю |
|
|
|
частоту следования, но сдви |
|
|
|
нуты между собой со време |
|
|
|
ни на полтакта. |
|
|
|
|
|
|
При |
построении |
ФТЯ |
на |
|
|
|
ферр итое |
ых |
сердечи:жах |
|
|
|
марки |
0,16ВТ |
размером |
ЗХ2Х1.3мм с обмотками в 10 и 1 виток необходимы импуль.ные
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналы If (Itn) |
величины 100—120 мА для управления :.о десл- |
тивитковым обмоткам и |
Ir |
Ur.X |
рапные |
1,2—1,5 А — для |
уп |
равления по одновитковым обмоткам. |
Обладая простотой, |
уни |
версальностью и |
высокой |
надежностью, |
феррмт-транзпсторные |
l ( t , ) . 1( Tt) ■ |
j |
- i - i |
i |
i |
I |
|
ьJ ____ L _ _ L _ 1 _ _ L
Рис. 12 43.
элементы находят применение в специализированных вычисли тельных устройствах и машинах от которых не требуется очень большого быстродействия при выполнении вычислительных опе раций.
4. Э л е м е н ты з а д е р ж к и
Элементами задержки 1называются элементы, осуществляю щие задержку входного сигнала во .времени, они выполняются пассивными ,и активными. В качестве пассивного элемента за держки может примениться электромагнитная линия с сосредо точенными постоянными. Она состоит из последовательно сое
диненных секций, содержащих |
индуктивность |
L и емкость С |
(рис. 12.44). |
|
|
Время |
задержки всей |
п |
_ 0 |
линии |
пропорционально |
числу секций: |
|
с ' Выход |
|
|
|
|
|
|
|
|
-с |
где |
— V L |
C — время за- |
рис |
^2,.44. |
держки одной .секции, |
|
|
В пассивных элементах задержки происходит затухание ам |
плитуды и |
искажение -формы |
импульсных сигналов. Поэтому |
они .применяются в цифровых вычислительных устройствах для обеспечения .небольших задержек сигналов.
В качестве активных элементов задержки применяются спус ковые схемы с одним устойчивым состоянием (ждущие муль тивибраторы), а также феррит-транзисторные ячейки.
Рис. 10.45.
Использование ФТЯ для (построения линий задержки опре
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
делятся |
тем, |
что в тих |
моменты записи |
(подачи |
импульсного |
|
|
|
|
|
|
|
сигнала |
на вход) и момен |
|
|
|
|
|
|
|
ты 'считывания (выдачи сиг |
— |
|
— |
< г |
- у < |
|
нала на |
выход) |
не совпада- |
|
|
|
|
|
|
ют, а разнесены во времени. |
|
|
у |
х — |
5 |
-Уг |
|
|
|
Пр'и |
использовании для |
|
|
|
|
& |
|
|
|
|
а) |
|
|
б) |
|
|
считывания импульсных сиг |
|
|
|
|
|
налов |
тактовой |
частоты за |
|
Рис. |
1Q.46. |
|
|
|
держка одной ферр'ит-тран- |
полтакта. .Для обеспечения |
|
|
зисторной ячейки составляет |
большей |
задержки |
необходимо |
строить |
линию |
из нескольких |
|
последовательно |
включенных |
ячеек. Линия задержки на |
1,5 |
такта |
и временная |
диаграмма |
ее работы показаны на рис. |
12.45. .На рис. |
12.46,а и 6 изображе |
ны графические |
обозначения |
цифровых |
элементов задержки |
соответственно с одним и несколькими! выходами. В дополни тельном поле обозначения элемента указаны численные значе ния времен задержки по каждому выходу в микросекундах!.
§ 12.6. Вспомогательные элементы
Вспомогательные элементы цифровых вычислительных уст ройств предназначены для энергетического обеспечения и со гласования работы логических и запоминающих элементов. К ним относятся, в первую очередь, усилители, формирователи и генераторы.
Необходимость применения этих элементов вызывается тем, что физическая реализация логических функций и преобразование сигналов связаны с энергетическими затратами. Кроме того, про хождение сигналов по линиям связи в цифровом вычислительном устройстве неизбежно приводит к искажению формы сигнала и возникновению помех. Усилительные и формирующие элементы служат для выделения полезного сигнала на фоне помех и фор мирования сигналов стандартной формы и мощности. В некото рых системах элементов логические и формирующие элементы объединяются в единую конструктивную единицу.
Усилители и формирователи. Усилители служат для усиления электрических сигналов по амплитуде и (Мощности. Формиро вателем называется элемент, преобразующий входные сигналы с требуемыми параметрами. Очень часто формирователи объе диняются с усилителями и носят название усилителей-формиро вателей. Существует большое разнообразие схем усилителей и формирователей, которые строятся на транзисторах, ферро магнитных сердечниках и т. п. Условные графические обозна чения усилителя и формирователя приведены на рис. 12.47.
Генераторы. Генераторами называются устройства, которые предназначаются для создания импульсных сигналов. Разли чаются автоколебательные и ждущие генераторы. Примером ав токолебательных генераторов являются генераторы им.пульсов с реостатно-емкостными связями — мультивибраторы, генерато ры импульсов с интегрирующими цепями (генераторы пилооб разных напряжений), кварцевые генераторы стабильной час тоты.
>F
Ригс. 121.47. '• |
Рис. 12.48. • |
К числу ждущих генераторов относятся ждущие мультивиб раторы и различного рода управляемые генераторы.
На рис. 12.48 показаны графические обозначения генера торов, принятые по ГОСТу.
ГЛАВА 13
УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Узлом цифровой вычислительной машины .называется сово купность элементов, обеспечивающая выполнение элементарных действий над словами.
К числу элементарных действий относятся: хранение или сдвиг слова, логические операции над словами, суммирование двух чисел «ли их частей и т. д.
На структуру схем узлов оказывают влияние следующие факторы:
—состав функционально-полной системы элементов;
—тип системы элементов (импульсная, импульсно-потен
циальная, .потенциальная);
— способ синхронизации работы схем (синхронные, асин хронные и полпеинхронные).
По своему функциональному назначению число типов узлов, из которых строятся ЦВМ, сравнительно невелико. Наиболее распространенными узлами являются: регистры, счетчики, де шифраторы, шифраторы, одноразрядные сумматоры,
§ 13.1. Регистры
Регистром называется узел, выполняющий функции приема, хранения и передачи информации.
Информация в регистре представляется в виде машинного слова, его частей и отдельных функциональных признаков. Каждому разряду слова, записанного в регистр, соответствует свой разряд регистра, выполненный, как правило, на основе триггера.
Регистры являются самыми распространенными узлами ЦВМ. Основным классификационным признаком, по которому разли чают регистры, является способ записи информации в регистр. По этому признаку можно выделить регистры трех типов:
—параллельные;
—последовательные;
—параллельно-последовательные.
Взависимости от количества каналов, по которым поступает информация на входы разрядов регистра, различают регистры
однофазные н парафазные.
Воднофазных регистрах информация поступает на каждый разряд только ,по одному каналу (прямому или инверсному).
Парафазные регистры характеризуются тем, что информация на каждый его разряд поступает по двум 'Каналам (прямому
иинвероному).
Взависимости! от типа триггеров, применяемых при построе нии регистров, и способа синхронизации их работы различают регистры однотактного и многотактного действия. Однотактные
регистры выполняются, как правило, с применением триггеров с внутренней задержкой. Многотактные регистры выполняются на основе тактируемых триггеров.
По принципу считывании информации различают регистры
с параллельным и последовательным съемом кода числа. ■Параллельный съем кода числа может осуществляться с
параллельных, последовательных, .параллельно-последователь ных регистров и характеризуется одновременным считыванием информации со всех разрядов (триггеров) регистра.
Последовательный съем кода числа может быть осуществлен только е последовательных или параллельно-последовательных регистров и характеризуется поразрядным считыванием инфор мации .посредством сдвига с выхода младшего или с выхода старшего разрядов регистра. Считывание информации может производиться прямым однофазным, обратным однофазным, прямым парафазным и обратным парафазным кодами.
Параллельные регистры. В параллельном регистре запись числа осуществляется параллельным кодом, т. е. во все раз ряды регистра одновременно.
На рис. 13.1 .показана функциональная схема трехразрядного параллельного регистра. Регистр обеспечивает прием много разрядного двоичного числа из кодовых шин (К.Ш), хранение числа, выдачу числа в кодовые шины в прямом и обратном ко дах. Перед записью числа подается сигнал управления в шину У «О». Этот сигнал поступает на входы R триггеров и устанав ливает их в нулевое состояние. Этим самым регистр подготав ливается для приема кода двоичного числа.
По сигналу, подаваемому на шину приема числа (ЛЧ), вход ные элементы И пропускают одновременно разряды числа из
•кодовых! шин «Вход» на входы 5 разрядных триггеров Л —Т3. В соответствии с' видом .поступившего кодового сигнала триггер либо переходит в состояние «1», либо остается в состоянии «О».
Записанная таким образом в регистре информация можег храниться сколь угодно долго до тех пор, пока она не будет списана сигналом, поданным на шину У «О».
Считывайте ««фармации, хранящейся в регистре, осуществля ется при подаче, сигнала на шину выдачи числа (ВЧ). В зави-
53
ч
Ч-
Ъ
о
Н
<тг)
Р,ис. 13.1.
симости от состояния триггера управления (ТУ), выдача ин формации на 'выход регистра производится в прямом или обрат ном кодах. Если триггер управления находится в единичном состоянии, то сигнал счи тывания поступает в ши ну выдачи числа прямым «одам, а если триггер управления установлен' в нулевое состояние, то сигнал считывания посту пает в липну выдачи чис
ла обратным кодом. Выдача кодовых сиг
налов, соответствующих значениям .разрядов чис ла., на выход регистра производится параллель но через выходные логи ческие элементы И и ИЛИ.
Рассмотренная схема Рис. Ш;2. регистра может быть .по строена как на импульс
но-потенциальных, так и на потенциальных элементах.
Так как в триггерахрегистра используется один информа ционный вход, в качестве потенциальных элементов могут быть применены триггеры D-типа, а на выходе— двухступенчатые логические элементы И—ИЛИ (рис. 13.2).
Последовательные регистры. Последовательные или сдвига ющие регистры характеризуются последовательным занесением кода числа, начиная с младшего .или старшего -разряда, путем сдвига кода тактирующими сигналами.
По -способу сдвига кода числа '.различают сдвигающие ре гистры с последовательным сдвигом и с параллельно-последо вательным -сдвигом. Кроме того, сдвигающие регистры с после довательным сдвигом могут -выполняться по схеме с многотакт ным и однотактным режима-ми работы.
В м-наго-тактных сдвигающих регистрах во время каждого -из тактирующих -сигналов обеспечивается передана кода только -из одного определенного ip-аз-ряда ,в другой.
Сдвиг всего кода 'числа .на один разряд происходит п-осл-е окончания многотактнюй серии сдвигающих импульсов.
' Однотактные сдвигающие .регистры .последовательного дей ствия характеризуются тем, что при .поступлении одного такто вого сигнала обеспечивается сдвиг на один разряд одновременно ©сего числа. В этом случае передача кодовых сигналов между разрядами регистра -производится через специальные элементы цифровой задержки или .используются триггеры с внутренней задержкой.
Принцип работы однотактного -сдвигающего регистра рас смотрим на -схеме рис. 13.3.
сдбиг
( Т )
Вход
Р,ис. 1(3.3.
В -состав регистра входят: разрядные триггеры Ti—Т„, эле менты задержки и к-онъюнкторы. Количество триггеров в схеме соответствует разрядности кода числа, записываемого в ре гистр. Между собою разрядные триггеры соединены последова тельно. Сдвиг -информации в схеме осуществляется вправо.
Перед началом работы на шину У «О» подается сигнал, под действием которого -все триггеры регистра устанавливаются в состояние «О».
