2. 10. Мультиплексоры

В предыдущем разделе рассказывалось о дешифраторах, устанавливающих на ос­нове входных сигналов значение 1 на одной из выходных линий. На выбранную линию дешифратор передает логическое значение 1, а на остальные — значение 0. Существует еще один очень полезный класс селекторных схем, предназначенный для выбора одного из n входов данных, значение которого передается на выход схемы. Выбор осуществляется на основе значений, поданных на так называемые входы выбора. Такие схемы называются мультиплексорами. Пример схемы мультиплексора приведен на рис. 2.36.

У данной схемы два входных сигнала выбора — w₁ и w₂. Четыре возможные комбинации их значений используются для выбора одного из входов данных (x₁, x₂, x₃ или x₄), значение которого передается на выход z. Очевидно, такую же структуру будут иметь и большие мультиплексоры, в которых k входных сигна­лов выбора используются для соединения одного из 2^k входов данных с выходом. Типичной областью применения мультиплексоров является фильтрация данных, поступающих из множества разных источников. В частности, с помощью шестна­дцати четырехвходовых мультиплексоров можно реализовать загрузку 16-раз­рядного регистра данных из одного из четырех источников.

Еще мультиплексоры используются в качестве базовых элементов для реали­зации логических функций. Для примера рассмотрим функцию f, определяемую таблицей истинности, приведенной на рис. 2.37. Чтобы упростить эту функцию, переменные х₁ и х₂ следует рассматривать отдельно, как показано на рисунке. Об­ратите внимание, что для каждой пары значений переменных х₁ и х₂ значение функции соответствует одному из четырех термов: 0, 1, x₃ или . Это означает, что функцию можно реализовать с помощью четырехвходовой мультиплексорной схемы, где переменные х₁ и х₂ используются для выбора одного из четырех

Рис. 2.36. Четырехвходовый мультиплексор

входных сигналов. Далее, если на входы данных подаются значения 0, 1, x₃ или , то, согласно таблице истинности, на выход мультиплексора передается значение, соответствующее функции f. Это универсальный подход. Любую функцию трех переменных можно реализовать с помощью одного четырехвходового мультип­лексора. Любую функцию четырех переменных подобным же образом можно реа­лизовать с помощью одного восьмивходового мультиплексора и т. д.

Рис. 2.37. Реализация логической функции на основе мультиплексора

2. 11. Программируемые логические устройства

В разделах 2.2 и 2.З было показано, как можно любую логическую функцию представить в виде суммы произведений и реализовать с помощью схемы на ос­нове вентилей И и ИЛИ. В разделе 2.10 рассказывалось о реализации логической функции с применением мультиплексора. Теперь же речь пойдет об еще одном классе схем, обычно используемом для этой же цели. Описанные здесь схемы со­стоят из массивов логических элементов, которые для получения заданной сумы произведений можно программировать. Такие схемы называются ПЛУ — про­граммируемыми логическими устройствами (Programmable Logic Device, PLD).

Блок-схема программируемого логического устройства показана на рис. 2.38. У него n входных переменных (х,...,x_n) и т выходных функций (f₁, ...,f_m). Каждая функция реализуется как сумма произведений входных переменных. Значения переменных x_1, …, x_n в исходной форме и в форме дополнений подаются на входы матрицы И, где из них формируется k термов-произведений. Оттуда они переда­ются в матрицу ИЛИ, где формируются выходные функции. В этом разделе опи­сываются два наиболее распространенных типа программируемых логических устройств.

Рис. 2.38. Блок-схема ПЛУ