5.2 Реализация логических функций в различных базисах
5.2.1 Реализация элемента “Равнозначность” (исключающее или - не)
На выходе такого элемента должна быть логическая 1, если на входах одновременно присутствуют одинаковые логические переменные (единицы или нули).
Булево выражение логической функции, соответствующей рассматриваемому элементу имеет вид
. (5.1)
Очевидно, что данное выражение легко реализуется элементами базиса И, ИЛИ, НЕ.
Используя теорему де Моргана и тождества булевой алгебры, преобразуем выражение (5.1) к виду, позволяющему реализовать функцию “равнозначность” в базисе И-НЕ (5.2) и ИЛИ-НЕ (5.3)
,(5.2)
.(5.3)
Ниже показаны функциональные схемы элемента “равнозначность” на ЛЭ базисов И, ИЛИ, НЕ (рисунок 5.2,а); И-НЕ (рисунок 5.2,б) и ИЛИ-НЕ (рисунок 5.2,в).
|
а б |
|
в |
|
Рисунок 5.2 |
5.2.2 Реализация элемента “Неравнозначность” (исключающее или, сумма по модулю два)
На выходе такого элемента должна быть логическая 1, если на входах присутствуют неравнозначные логические переменные:
F = 1, если А = 1, В = 0 или А = 0, В = 1.
Булево выражение логической функции рассматриваемого элемента имеет вид
. (5.4)
Это выражение может быть легко реализовано элементами базиса И, ИЛИ, НЕ. Применяя теорему де Моргана и тождества булевой алгебры, преобразуем выражение (5.4) к виду, позволяющему реализовать функцию “неравнозначность” в базисе И-НЕ (5.5) и ИЛИ-НЕ (5.6).
,(5.5)
.(5.6)
Ниже показаны функциональные схемы элемента “неравнозначность” на ЛЭ базисов И, ИЛИ, НЕ (рисунок 5.3, а); И-НЕ (рисунок 5.3, б) и ИЛИ-НЕ (рисунок 5.3, в).
|
а б |
|
в |
|
Рисунок 5.3 |
Элемент “неравнозначность” иначе называют сумматором по модулю два: сумма двоичных цифр дает единицу, если одна из них единица, а другая – нуль; в противном случае, если обе цифры 0 или 1, то сумма равна нулю.
5.2.3 Реализация элемента “Запрет”
На выходе такого элемента должна быть логическая 1, если на основном входе присутствует логическая единица, а на запрещающем входе – логический нуль.
Булево выражение логической функции рассматриваемого элемента имеет вид
. (5.7)
Выражение (5.7) может быть легко реализовано в базисе И, ИЛИ, НЕ.
Применяя теорему де Моргана и тождества булевой алгебры, преобразуем выражение (5.7) к виду, позволяющему реализовать функцию “запрет” в базисе И-НЕ (5.8) и ИЛИ-НЕ (5.9).
,(5.8)
.(5.9)
Ниже показаны функциональные схемы элемента “запрет” на ЛЭ базисов И, ИЛИ, НЕ (рисунок 5.4, а); И-НЕ (рисунок 5.4, б) и ИЛИ-НЕ (рисунок 5.4, в).
|
|
|
Рисунок 5.4 |
5.2.4 Реализация многобуквенных логических функций на элементах с небольшим количеством входов
Иногда на практике возникает задача реализовать логическую функцию большого числа логических переменных (многобуквенную функцию) на элементах с небольшим количеством входов. В качестве примера на рисунке 5.5 показана функциональная схема, реализующая логическую функцию
(5.10)
на двухвходовых элементах И-НЕ.
|
|
|
Рисунок 5.5 |
6 Параметры и характеристики цифровых интегральных микросхем (имс)
Цифровая микросхема как функциональный узел характеризуется набором сигналов, которые можно разделить на информационные (Х1, Х2, ..., Хn – входные, Y1, Y1, ..., Ym – выходные) и управляющие (V1, V2, ..., Vk). Каждая конкретная ИМС в соответствии со своим функциональным назначением выполняет определенные операции над входными сигналами (переменными), а выходные сигналы представляют собой результат этих операций Yj = F(Х1,Х2, ... ,Хn). Операторами F могут быть как простейшие логические преобразования, например, И, ИЛИ, НЕ, и т. д., так и сложные многофункциональные преобразования, имеющие место, например, в микропроцессорах, БИС памяти и др.
Сигналы управления определяют вид операции, режим работы ИМС, обеспечивают синхронизацию, установку начального состояния, стробируют входные и выходные сигналы, задают адрес, и т. д.
От функциональной сложности ИМС зависит и система ее электрических параметров, которые в общем случае могут иметь десятки наименований, причем многие из параметров характерны только для ИМС какого-либо одного класса. Поэтому ниже рассмотрим те параметры и характеристики, которые характеризуют большинство микросхем. В дальнейшем при изучении отдельных устройств этот перечень по мере необходимости будет расширен.