Счетчики

Цифровым счетчиком называют функциональный узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов (счетных импульсов), формирует результат счета в заданном коде и при необходимости хранит его. Для построения счетчика необходимы триггеры двухступенчатой структуры.

На рисунке показана схема четырехразрядного счетчика с последовательным переносом. Он имеет один вход, на который поступают счетные импульсы. Триггеры соединены последовательно, так что каждый последующий разряд срабатывает после того, как переключился предыдущий.

Такой счетчик может посчитать 16 импульсов по числу его состояний 2^П, где п -число разрядов (триггеров) счетчика. Результат снимается в виде двоичного кода с выходов всех разрядов одновременно.

Счетчики с последовательным переносом имеют невысокое быстродействие, что обусловлено последовательным во времени срабатыванием разрядов. В этом заключается их основной недостаток. Преимущество состоит в простоте реализации. Но при выборе триггеров надо исходить из того, что их быстродействие должно быть выше в п раз.

Д

19

ругим классификационным признаком является направление счета. По этому признаку счетчики делятся на суммирующие, вычитающие, реверсивные.

В суммирующих счетчиках смена состояний происходит так, что с каждым счетным импульсом результат увеличивается на еденицу. Реверсивные счетчики могут работать в режимах суммирования и вычитания.

Двоичные четырехразрядные счетчики достаточно полно представлены в сериях ИС. Как правило, ИС двоичного счетчика содержит четыре разряда, может иметь выходы сигналов переноса и, следовательно, допускает непосредственное соединение с другой такой же ИС при наращивании разрядности счетчика. Во многих ИС счетчиков предусмотрены дополнительные входы предварительной установки состояния ( входы предустановки). Выходы предустановки используют при реализации делителей.

Наряду с двоичными широкое распространение получили двоично -десятичные счетчики. В отличии от двоичных они имеют число состояний, раное 10, а не 2^П. В таком счетчике четыре триггера, но шесть «лишних» состояний исключены.

20

Характеристика микросхем памяти

Понятие «память» связывается с ЭВМ и определяется как ее функциональная часть, предназначенная для записи, хранения и выдачи данных. Комплекс технических средств, реализующих функцию памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ).

Микросхема памяти содержит выполненные в одном полупроводниковом кристалле матрицу - накопитель, представляющую собой совокупность элементов памяти (ЭП), и функциональные узлы, необходимые для управления матрицей -накопителем, усиления сигналов при записи и считывании, обеспечения режима синхронизации. Элемент памяти может хранить один разряд числа, т.е. один бит информации.

По назначению микросхемы памяти делят на две группы: для оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) и для постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Оперативные запоминающие устройства предназначены для хранения переменной информации: программ и чисел, необходимых для текущих вычислений. Такие ЗУ позволяют в ходе выполнения программы заменять старую информацию новой. По способу хранения информации ОЗУ разделяют на статические и динамические. Статические ОЗУ, элементами памяти в которых являются триггеры, способны хранить информацию неограниченное время (при условии, что имеется напряжения питания). Динамические ОЗУ, роль элементов памяти в которых выполняют электрические конденсаторы, для сохранения записанной информации нуждаются в ее периодической перезаписи (регенерации). Оба типа ОЗУ являются энергозависимыми: при выключении питания информация разрушается.

Наряду с полупроводниковыми ИС памяти получили развитие другие направления создания малогабаритных ЗУ, основанные на использовании физических явлений в тонких магнитных пленках.

21

Одно из таких направлений базируется на возможности образования в тонкой пленке ортоферрита микронных по размерам областей (цилиндрических магнитных доменов - ЦМД) с противоположным по отношению к окружающей области направлением вектора намагниченности. Наличие или отсутствие ЦМД в определенном месте пленки является признаком того, что в этом месте записаны 1 или 0 соответственно. Микросхемы ЗУ на ЦМД существенно отличаются от полупроводниковых ИС памяти: они содержат постоянные магниты, систему проводниковых обмоток для создания электромагнитного поля, требуют для питания источника напряжения переменного тока, имеют невысокое быстродействие, характеризуются большими размерами и массой. Однако эти ИС позволяют хранить большие объемы информации, обладают свойством энергонезависимости и могут эффективно выполнять функции внешних ЗУ. От существующих накопителей на магнитных дисках, лентах и барабанах ЗУ на ЦМД выгодно отличаются более высоким быстродействием и отсутствием электромеханических элементов в конструкции.

Основные функциональные характеристики микросхем памяти -информационная емкость, разрядность, быстродействие, потребляемая мощность.

Информационная емкость определяется числом одновременно хранящихся в накопителе единиц информации - бит.

Разрядность определяется количеством двоичных символов, т.е. разрядов, в запоминаемом слове. Под «словом» понимается совокупность 0 и 1.

Б

22

ыстродействие количественно характеризуется несколькими временными параметрами, среди которых можно выделить в качестве обобщающего параметра время цикла записи (считывания), отсчитываемое от момента поступления кода адреса до завершения всех процессов в ИС при записи

(считывании) информации. В статических ОЗУ время цикла считывания практически равно времени выборки адреса, которое определяется задержкой выходного сигнала относительно момента поступления кода адреса. В динамических ОЗУ время цикла считывания больше времени выборки адреса, так как после завершения считывания необходимо некоторое время на установление функциональных узлов в исходное состояние. В систему временных параметров входят также длительность управляющих сигналов, их взаимный сдвиг, период повторения и период регенерации.

Потребляемая мощность может существенно различаться при хранении и при обращении, поэтому в таких случаях приводят два значения этого параметра.

Быстродействие, потребляемая мощность, уровень интеграции и другие показатели ЗУ в значительной степени зависят от технологии. Микросхемы памяти изготавливают наиболее перспективными технологическими методами, за которыми традиционно установились названия реализуемых элементов: ЭСЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ИЛИ, ТЛНС на п - МДП и КМДП транзисторах. Первые пять технологических методов позволяют получить ИС памяти с повышенным быстродействием. Технологию КМДП широко используют для изготовления ИС памяти среднего и низкого быстродействия, но с малым энергопотреблением и высоким уровнем интеграции.

Выпускаются ИС памяти как в составе широко применяемых серий ИС, например 100, К500, К155 и др., так и специальными сериями: К565, К537, К556, К1601 и др.

23