Шпоры / 11.Схемотехника

2.Цифровой компаратор или компаратор амплитуд является электронным устройством, берущим два числа в двоичном виде и определяющим, является ли первое число меньшим, большим или равным второму числу.

Компараторы используются в центральных процессорах и микроконтроллерах. Примерами цифровых компараторов являются КМОП — 4063 и 4585, ТТЛ — 7485 и 74682-89.

Аналоговым эквивалентом цифрового компаратора является компаратор напряжений. Некоторые микроконтроллеры имеют аналоговые компараторы на некоторых своих входах, которые могут быть считаны или включать прерывание.

Таблица истинности компаратора

Действие однобитного цифрового компаратора может быть выражено таблицей истинности:

Входы		Выходы
0	0	0	1	0
0	1	1	0	0
1	0	0	0	1
1	1	0	1	0

Цифровые компараторы применяются для выявления нужного числа (слова) в цифровых последовательностях, для отметки времени в часовых приборах, для выполнения условных переходов в вычислительных устройствах, а также в адресных селекторах.

3.Комбинационные - это узлы, выходные сигналы которых определяются только сигналом на входе, действующим в настоящий момент времени (дешифратор). Выходной сигнал дешифратора зависит только от двоичного кода, поданного на вход в настоящий момент времени. Комбинационные узлы называют также автоматами без памяти. Полусумматор производит сложение двух одноразрядных двоичных чисел. Он имеет два входа слагаемых: А, В и два выхода: суммы (Sum) и переноса (Carry). Суммирование производится элементом Исключающее ИЛИ, а перенос – элементом И, полный двоичный сумматор, шифратор. Последовательностные (автоматы с памятью) - это узлы, выходной сигнал которых зависит не только от комбинации входных. сигналов, действующих в настоящий момент времени, но и от предыдущего состояния узла (счетчик). Триггер – простейший последовательный элемент с двумя состояниями, содержащий элементарную запоминающую ячейку и схему управления, которая изменяет состояние элементарной ячейки. Состояние триггера зависит как от комбинации на входах, так и от предшествующего состояния. Триггерные устройства лежат в основе компьютерной оперативной памяти и используются во множестве последовательных схем. Триггеры могут иметь входы различного типа: R (от англ. RESET) – раздельный вход установки в состояние 0; S (от англ. SET) – раздельный вход установки в состояние 1; К – вход установки универсального триггера в состояние 0; J–вход установки универсального триггера в состояние1 V - вход разрешения; С - синхронизирующий вход; D - информационный вход; Т - счетный вход и некоторые другие. Обычно название триггера дают по имеющимся у него входам: RS-риггер, JK-триггер, D-триггер и др.

4.Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

Классификация

Триггеры подразделяются на две большие группы — динамические и статические. Названы они так по способу представления выходной информации.

Динамический триггер представляет собой управляемый генератор, одно из состояний которого (единичное) характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определённой частоты, а другое (нулевое) — отсутствием выходных импульсов. Смена состояний производится внешними импульсами (рис. 3). Динамические триггеры в настоящее время используются редко.

К статическим триггерам относят устройства, каждое состояние которых характеризуется неизменными уровнями выходного напряжения (выходными потенциалами): высоким — близким к напряжению питания и низким — около нуля. Статические триггеры по способу представления выходной информации часто называют потенциальными.

Типы триггеров

RS-триггеры  — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы.

D-триггер— запоминает состояние входа и выдаёт его на выход. D-триггеры также называют триггерами задержки. Пример условного

Т-триггер(переключатель)часто называют счётным триггером, т.к. он является простейшим счётчиком до2

JK-триггер - работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное.

5.Регистр — последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединённых друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Основой построения регистров являются D-триггеры, RS-триггеры.

Регистры классифицируются по следующим видам:

• накопительные (регистры памяти, хранения);

• сдвигающие.

В свою очередь сдвигающие регистры делятся:

• по способу ввода-вывода информации:

  • параллельные - запись и считывание информации происходит одновременно на все входы и со всех выходов;

  • последовательные - запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий - то же самое происходит и с остальными триггерами;

  • комбинированные;

• по направлению передачи информации:

  • однонаправленные;

  • реверсивные.

• по основанию системы счисления

  • двоичные

  • троичные

  • десятичные

Регистры различают по типу ввода (загрузки, приёма) и вывода (выгрузки, выдачи) информации:

1. С последовательным вводом и выводом информации

2. С параллельным вводом и выводом информации

3. С параллельным вводом и последовательным выводом. Например: SN74LS165J(N), SN74166J(N), SN74LS166J(N)

4. С последовательным вводом и параллельным выводом. Например: SN7416J(N), SN74LS164J(N), SN74LS322J(N), SN74LS673J(N)

6.Счётчик числа импульсов — устройство, на выходах которого получается двоичный (двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.

Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ (от англ. counter).

Счётчики классифицируют:

• по числу устойчивых состояний триггеров

  • на двоичных триггерах

  • на троичных триггерах

  • на n-ичных триггерах

• по модулю счёта:

  • двоично-десятичные ;

  • двоичные;

  • с произвольным постоянным модулем счёта;

  • с переменным модулем счёта;

• по направлению счёта:

  • суммирующие;

  • вычитающие;

  • реверсивные;

• по способу формирования внутренних связей:

  • с последовательным переносом;

  • с ускоренным переносом;

    • с параллельным ускоренным переносом;

    • со сквозным ускоренным переносом;

  • с комбинированным переносом;

  • кольцевые;

• по способу переключения триггера:

  • синхронные;

  • асинхронные;

• Счётчик Джонсона

7.Шифратором, или кодером называется комбинационное логическое устройство для преобразования чисел из десятичной системы счисления в двоичную. Входам шифратора последовательно присваиваются значения десятичных чисел, поэтому подача активного логического сигнала на один из входов воспринимается шифратором как подача соответствующего десятичного числа. Этот сигнал преобразуется на выходе шифратора в двоичный код. Согласно сказанному, если шифратор имеет n выходов, число его входов должно быть не более чем 2ⁿ. Шифратор, имеющий 2ⁿ входов и n выходов, называется полным. Если число входов шифратора меньше 2ⁿ, он называется неполным. Основное применение шифратора в цифровых системах — это введение первичной информации с клавиатуры. При нажатии любой клавиши на соответствующий вход шифратора подается сигнал лог. 1, который и преобразуется на выходе в двоично-десятичный код.

Дешифратором, или декодером называется комбинационное логическое устройство для преобразования чисел из двоичной системы счисления в десятичную. Согласно определению дешифратор относится к классу преобразователей кодов. Здесь также понимается, что каждому входному двоичному числу ставится в соответствие сигнал, формируемый на определенном выходе устройства. Таким образом,

дешифратор выполняет операцию, обратную шифратору.

Если число адресных входов дешифратора n связана с числом его выходов m соотношением m = 2ⁿ, то дешифратор называют полным. В противном случае, т.е. если m < 2ⁿ, дешифратор называют неполным.

8.Mультипле́ксор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Аналоговые и цифровые мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). 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 называют ключами или коммутаторами.

Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры могут использоваться для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и заканчивая последним.

Дешифратор в режиме селектора. Однобитовым селектором (демультиплексором)в цифровой технике называют комбинационный узел с адресной передачей данных с одного входа в один из многих выходов. Простейший селектор - это, например, обычный поворотный или клавишный переключатель. Демультиплексор — это логическое устройство, предназначенное для переключения сигнала с одного информационного входа на один из информационных выходов. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору.

9.Полусумматор — логическая схема, имеющая два входа и два выхода (двухразрядный сумматор, бинарный сумматор). Полусумматор используется для построения двоичных сумматоров. Полусумматор позволяет вычислять сумму A+B, где A и B — это разряды двоичного числа, при этом результатом будут два бита S и C, где S — это бит суммы по модулю 2, а C — бит переноса. Однако для построения схемы двоичного сумматора необходимо иметь элемент, который суммирует три бита A, B и C, где C — бит переноса из предыдущего разряда, таким элементом является полный двоичный сумматор, трёхступенчатая разновидность которого состоит из двух полусумматоров и логического элемента 2ИЛИ.

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

В зависимости от формы представления информации различают сумматоры аналоговые и цифровые.

По способу реализации

• механические, электромеханические,

электронные, пневматические

По способу действия

• Последовательные (одноразрядные), в которых обработка разрядов чисел ведётся поочерёдно, разряд за разрядом, на одном и том же одноразрядном оборудовании;

• Параллельнопоследовательные, в которых складываются по несколько разрядов, объединённых в группы, одновременно;

• Параллельные (многоразрядные), в которых слагаемые складываются одновременно по всем разрядам, и для каждого разряда имеется своё оборудование;

Арифме́тико-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который под управлением устройства управления (УУ) служит для выполнения арифметических и логических преобразований (начиная от элементарных) над данными называемыми в этом случае операндами. Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова.

Все выполняемые в АЛУ операции являются логическими операциями (функциями):

• операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

• операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;

• операции десятичной арифметики;

• операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);

• операции специальной арифметики;

• операции над логическими кодами (логические операции);

• операции над алфавитно-цифровыми полями.

По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.

По способу представления чисел различают АЛУ:

1. для чисел с фиксированной точкой;

2. для чисел с плавающей точкой;

3. для десятичных чисел.

10.ЭЛЕМЕНТ ИНДИКАЦИИ - устрой­ство, преобразующее сигналы различной физической природы (электрические, механические, химические и т. п.) в ви­зуальную информацию в форме, наибо­лее пригодной для зрительного воспри­ятия человеком и удовлетворяющей целям и задачам его деятельности. По своему значению понятие Э. и. близко к понятиями визуальный индикатор, визуальное средство отображения инфор­мации. В качестве Э. и. используются: лампы накаливания, оптико-механичес­кие проекционные приборы, различные газоразрядные и электролюминесцентные индикаторы, электронно-лучевые труб­ки, полупроводниковые светодиоды, индикаторы на жидких кристаллах, ла­зерные индикаторы и т. п. По принципу светоотдачи ЭИ делятся на: а к т и в н ы е, излучающие фотоны света, и  пассивны е,  управляющие внешним световым излучением с использованием свойств вещества. Элементы индикации классифицируют по физико-химическим явлениям, на основе которых осуществляется вывод информации в визуальной форм