Питання № 22. Мультиплексор.

Мультиплексор – коммутатор логических сигналов, обеспечивающий передачу информации, поступающей по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию. Мультиплексор состоит из дешифратора адреса входной линии, схем И и схемы объединения ИЛИ.

В условных графических обозначениях функция мультиплексирования именуется MUX (от слова multiplexor).

Управление мультиплексором может производиться не только с помощью двоичного кода, но и кодом «1 из N». В этом случае число управляющих входов увеличивается становится равным числу информационных входов. Такой режим мультиплексора используется, в частности, в межразрядных цепях реверсивных счетчиков и регистров.

Мультиплексоры можно использовать для синтеза логических функций от нескольких переменных

Мультипле́ксоривідносяться до пристроїв комутування цифрової інформації. Вони здійснюють комутацію одного з декількох інформаційних входів x_iдо одного виходуy. Мультиплексори мають декілька інформаційних входів, адресні входи, вхід дозволу мультиплексування (стробуючий вхід) та один вихід.

Адресний дешифратор D1, перетворює двійковий код у десятковий для керування роботою мультиплексора. В залежності від комбінації стану адресних входів а₁та а₂на одному з чотирьох виходів дешифратора з'являється одиничний потенціал, який дає дозвіл на спрацьовування відповідної схеми І (D2…D5).

Функціонування мультиплексора описується таблицею істинності

Адресні входи		Керуючий вхід E	Вихід y
а1	а2
X 0 1 0 1	X 0 0 1 1	0 1 1 1 1	0 x0 x1 x2 x3

При нульовому керуючому сигналі E=0 зв'язок між інформаційними входами x_iта виходомyвідсутній. Аналоговые и цифровые^[1][2]мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом. Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень ('0' или '1') с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называютключами^[3]или коммутаторами.

Схематически мультиплексор можно изобразить в виде коммутатора, обеспечивающего подключение одного из нескольких входов (их называют информационными) к одному выходу устройства.

Сигналы на адресныхвходах определяют, какой конкретно информационный канал подключен к выходу. Если между числом информационных входови числом адресных входовдействует соотношение, то такой мультиплексор называют полным. Если, то мультиплексор называют неполным.

Разрешающиевходы используют для расширения функциональных возможностей мультиплексора. Они используются для наращивания разрядности мультиплексора, синхронизации его работы с работой других узлов.

Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры могут использоваться для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный.

Его назначение – передавать по одному широкополостному и скоростному каналу некоторое количество потоков различной скорости. На выручку приходит мультиплексирование. Мультиплексирование делается с помощью разделения потоков разными способами. Это разделение на частотные полосы.Потоки можно направить в разных временных;и способ кодирования. Мультиплексоры разделяют по месту применения, на терминальные и устройство ввода-вывода.

Питання № 23. Демультиплексори.

Демультиплексор відноситься до пристроїв комутування цифрової інформації. Він здійснює комутацію одного інформаційного входу до одного з декількох виходів, адреса якого задана. Демультиплексор має один інформаційний вхід, декілька виходів та адресні входи.

На приймальному кінці мультиплексованої магістралі потрібно виконати зворотну операцію - демультиплексування. Демультиплексор можна реалізувати на дешифраторі з n-входами, в якому вхід дозволу E використовується як інформаційний. Входи дешифратора a₁, а₂ є адресними. Тому в залежності від адресного числа лише на одному з виходів дешифратора з'являється логічна одиниця, яка дає дозвіл до спрацювання лише одного з чотирьох кон'юкторів D2…D5.

Если между числом выходов и числом адресных входов действует соотношение n=2^m для двоичных демультиплексоров или n=3^m для троичных демультиплексоров, то такой демультиплексор называют полным. Если n<2^m для двоичных демультиплексоров или n<3^m для троичных демультиплексоров, то демультиплексор называют неполным. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.

Демультиплексоры выполняют унарные (одновходовые, однооперандные) логические функции с n-арным выходом.

Работа демультиплексора описывается логическими выражениями:

где m_i – минтермы n адресующих переменных.

 Рисунок 3.18 – Принцип работы (а), схемная реализация (б)

и условное обозначение для мультиплексора (в)

Таблица 3.6 – Функционирование демультиплексора

 При большом числе входов, при необходимости, может быть построено демультиплексорное дерево.

 

Рисунок 3.19 – Мультиплексорное дерево

Питання №24. Двійкові суматори.

Сумматор — устройство, преобразующее информационные сигналы (аналоговые или цифровые) в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов.

Двоичный сумматор

Двоичный сумматор может быть определён тремя способами:

табличным, в виде таблицы истинности,

аналитическим, в виде формулы,

графическим, в виде логической схемы.

Так как формулы и схемы могут преобразовываться, то, одной таблице истинности двоичного сумматора могут соответствовать множества различных формул и схем. Поэтому, с точки зрения получения результата без учёта времени, табличный способ определения двоичного сумматора является основным. Обычное табличное и обычное формульное задание сумматора не учитывают времена задержек в реальных логических элементах и не годятся для определения быстродействия реальных сумматоров.

Схема, которая обеспечивает сложение двух однобитных чисел А и В называется полусумматором. Полусумматор имеет 4 сигнальных линии: два входа для сигналов, представляющих одноразрядные двоичные числа А и В, и два выхода: сумма А и В по модулю 2 (S) и сигнал переноса (P). При этом S наименее значимый бит, а P наиболее значимый бит.

Схема полного сумматора может быть использована в качестве «строительных блоков» для построения схем многоразрядных сумматоров, путём добавления одноразрядных полных сумматоров. Для каждой цифры, которую схема должна быть в состоянии обрабатывать, используется один полный сумматор.

Двоичный одноразрядный полный сумматор является полной тринарной (трёхоперандной) двоичной логической функцией с бинарным (двухразрядным) выходом. Все три операнда и оба выходных разряда однобитные.

Питання № 25. Регістри.

Регістр— послідовний або паралельний логічний пристрій, який виконує функцію приймання, запам'ятовування і передавання інформації.

Інформація в регістрі зберігається за видом числа (слова), зображеного комбінацією сигналів 0 і 1. Кожному розряду числа, що записаний в регістр, відповідає свій розряд, побудований, як правило, на базі тригерів RS-, D- або JK- типу.

На регістрах можна виконувати операції перетворення інформації з одного виду на інший. Регістри можуть використовуватися для виконання деяких логічних операцій.

Класифікація регістрів

За способом запису і зчитування двійкової інформації

Послідовні

В послідовних регістрахзапис і зчитування інформації здійснюється послідовно за часом, тобто почергово. Вони мають послідовні виходи. Інформація записується шляхом послідовного зсуву числа синхроімпульсами. Тому регістри послідовного типу носять назвурегістрів зсуву.

В паралельних регістрах, які мають паралельні входи та виходи, запис інформації виконуються одночасно в усіх розрядах за один такт керування. Такі регістри називаютьрегістрами пам'яті.

Паралельно-послідовні регістримають або паралельний вхід та послідовний вихід, або послідовний вхід та паралельний вихід. Паралельно-послідовні регістри можуть бути як регістрами зсуву, так і регістрами пам'яті.

За способом приймання та передавання інформації

Регістри типу SISO - з послідовним входом та послідовним виходом;

Регістри типу SIPO - з послідовним входом та паралельним виходом;

Регістри типу PISO - з паралельним входом та послідовним виходом;

Регістри типу PIPO - з паралельними входом та виходами.

Найбільш універсальними вважаються регістри, які мають у своєму складі одночасно послідовні і паралельні входи й виходи. Такі регістри називають регістрами з послідовно-паралельним прийманням інформації та послідовно-паралельним передаванням.

Основною класифікаційною ознакою регістрів є спосіб запису двійкового коду в регістр і його видача.Зсовуючі регістри діляться на одно- і двонаправлені.

В загальному випадку регістр може виконувати наступні мікрооперації над кодовими словами:

встановлення в початковий стан (запис нульового коду);

запис вхідної інформації в послідовній формі;

запис вхідної інформації в паралельній формі;

зберігання інформації;

зсув береженої інформації управо або вліво;

видача береженої інформації в послідовній формі;

видача береженої інформації в паралельній формі;

 

Характеристики регістрів

Регістр являє собою набір двійкових ланок (тригерів з керуючими елементами), головним призначенням якого є зберігання інформації у вигляді багаторозрядних двійкових чисел

(двійкового коду). На відміну від пристроїв довгочасної пам'яті в регістрах інформація запам'ятовується короткочасно, тобто на період одного або кількох циклів роботи всієї системи.

Регістри призначені для запису, зберігання і читання одного двійкового числа або іншої кодової комбінації.

26. Арифметико-логічний пристрій.

Важнейшими функциональными узлами ЭВМ и МП являются арифметико-логические устройства (АЛУ), которые выполняют заданный набор арифметических (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень и др.) и логических (дизъюнкция, конъюнкция, инверсия, исключающее ИЛИ (И), сдвиг, сравнение, и др.) операций над двумя многоразрядными операндами. Аппаратными средствами, выполняющими эти операции, являются сумматоры.

Арифметико-логічний пристрій(АЛП) (англ.Arithmetic Logic Unit, ALU) — блок процесора, що служить для виконання арифметичних та логічних перетворень над даними, що іменуються операндами. Цей пристрій є фундаментальною частиною будь-якого обчислювача, навіть найпростіші мікроконтролери мають його в складі свого ядра.

Класифікація

Арифметико-логічні пристрої можуть класифікуватися за багатьма ознаками, наприклад розглянемо наступну класифікацію

За структурою

з розподіленою логікою (з закріпленими мікроопераціями);

з зосередженою логікою (з загальними мікроопераціями).

В першому випадку, апаратура для реалізації обчислень закріплена за регістрами та розділена між ними, тобто кожен з них використовує власну логіку для виконання операцій. У пристроях другого типу вся апаратура об'єднана в АЛП, а всі регістри — в регістровому файлі.

АЛП другого типу також можна класифікувати.

За типом запису даних

послідовні;

паралельні;

послідовно-паралельні.

В основу цієї класифікації покладено особливості роботи цифрового регістра.

За архітектурними особливостями

з двоспрямованою шиною та одноадресним регістровим файлом;

з односпрямованою шиною та одноадресним регістровим файлом;

з односпрямованою шиною та двоадресним регістровим файлом.

Використання двоадресного блоку регістрів чи шини дозволяє збільшити швидкодію, адже запис та читання даних може проводитися одночасно.

За формою подання даних

з фіксованою комою;

з плаваючою комою;

універсальні.

В деяких ЕОМ передбачається спеціальний режим цілих чисел, за якого кома фіксується за останнім розрядом.

За основою системи числення операндів

двійкові;

трійкові;

десяткові;

шістнадцяткові.

Окрім наведених, можливі й варіанти АЛП, що працюють в системах числення з основою 2^k, де k — додатнє ціле число.

Залежно від часу виконання операцій

синхронного типу;

асинхронного типу;

комбінованого типу.

На виконання всіх обчислень в синхронних АЛП відводиться один і той самий час. Проте в асинхронних, витрачається скільки тактів, скільки потрібно, а наступна операція почне виконуватись лише після сигналу про завершення поточної. Комбіновані були створення з метою поєднати простоту та швидкодію і поділяють всі операції на дві групи — одно- та багатотактні. Операції першої групи виконуються за синхронним принципом, а другої — асинхронним.

Залежно від реалізації мікроалгоритму

зі схемним керуванням;

з мікропрограмним керуванням.

Виконання цих операцій зводиться до виконання послідовності мікрооперацій на регістрах, суматорах та інших цифрових схемах, що входять до складу АЛП - мікроалгоритмом.

Кожен АЛП може бути представлений як композиція пристрою управління, що керує та операційним пристроєм, що безпосередньо виконує операції.