3.9. Дешифраторы

Значительная часть информации хранится и обрабатывается в компьютерах в закодированном виде. Например, если речь идет о машинной команде, то для ее хранения может использоваться n-битовое поле, вмещающее один из 2n различных кодов операций. Но прежде чем выполнить требуемую операцию, закодированная команда должна быть декодирована. Схема, которая способна принять входное значение, состоящее из и разрядов, и сгенерировать соответствующий выходной сигнал на одной из 2n выходных линий, называется дешифратором (или декодером).

Простейший пример дешифратора с двумя входами и четырьмя выходами показан на рис. 3.32. Одна из четырех выходных линий выбирается на основании

Рис. 3.32. Дешифратор с двумя входами и четырьмя выходами

значений на входах х1 и х2. На выбранный выход подается логическое значение 1, а на оставшиеся выходы — логическое значение 0. Существуют и другие полезные типы дешифраторов.

Так, при использовании двоично-десятичных данных обычно требуются декодирующие схемы, в которых четыре входные переменные, представляющие двоично-кодированное десятичное число, используются для выбора одного из 10 возможных выходов. В качестве еще одного специфического примера можно рассмотреть дешифратор, используемый для управления 7-сегментным индикатором.

Структура соответствующего 7-сегментного элемента показана на рис. 3.33.

Как видите, с его помощью можно отобразить любую десятичную цифру. Соответствующие функции для каждого из 7 сегментов индикатора приведены в таблице истинности на рис. 3.34. Они реализуются с помощью показанной на этом же рисунке электронной схемы, составленной из вентилей И-НЕ.

3.10. Модули интегральных микросхем

В предыдущих разделах были рассмотрены базовые принципы построения электронных схем для реализации логических функций. Для их практического воплощения используются серийно производимые интегральные схемы (ИС). Когда в 1960-х годах появились первые интегральные схемы, логические вентили стали выпускать в виде стандартизированных чипов. Такой чип монтировался в полностью закрытый защитный корпус со множеством металлических контактов для соединения с внешним устройством. Стандартные модули ИС имели разное количество контактов. На рис. 3.35 показан простейший модуль с четырьмя вентилями И-НЕ. логическая структура схемы с четырьмя 2-входовыми вентилями И-НЕ (б)

Эти четыре вентиля имеют общие контакты для соединения с «землей» и источником питания. Подобные ИС, содержащие всего несколько логических вентилей, называются схемами с малой степенью интеграции или малыми интегральными схемами (МИС).

Рис. 3.33. Дешифратор, преобразующий двоично-десятичное число для отображения на 7-сегментном индикаторе

Рис. 3.34. Таблица истинности

Рис. 3.35. Модуль 14-контактной интегральной схемы: внешний вид (а);

Для столь простых функций, которые выполняют малые интегральные схемы, они занимают слишком много физического пространства. Более того, их производительность довольно низка из-за электрических характеристик контактов модуля ИС. Чтобы сгенерировать сигналы достаточной мощности, необходимые для управления устройствами и схемами, подсоединенными к внешним контактам, приходится использовать большие транзисторы. В результате задержка на распространение сигнала и потребляемая схемой мощность заметно увеличиваются.

Время задержки на распространение сигнала для КМОП-вентиля И-НЕ, который входит в состав модуля интегральных может достичь 5 нс. В случае таких же вентилей, используемых в больших интегральных схемах КМОП, задержка обычно составляет не более 0,2 нс, что зависит от технологии производства.

В настоящее время производятся гораздо более крупные ИС, реализующие образные логические элементы. Чип интегральной схемы может содержать полезный функциональный блок, такой как сумматор, умножитель, регистр, шифратор или дешифратор, либо просто набор вентилей и программируемых переключателей внутренних соединений, с помощью которых конструктор может реализовать множество разных функций.