9. Базовые логические элементы (лэ)

Элементную базу цифровых устройств (ЦУ) составляют ин­тегральные схемы (ИС), характеристикой сложности которых является уровень интеграции, оцениваемый либо числом базо­вых ЛЭ, либо числом транзисторов, которые могут быть реали­зованы на кристалле. Даже самые сложные преобразования цифровой информа­ции сводятся к простейшим операциям над логическими пере­менными «О» и «1». Такие операции реализуются ЛЭ в соответ­ствии с формулами алгебры логики.

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логиче­ских операций, из которых можно построить сложное логиче­ское выражение. ЛЭ реализуются аппаратно в виде электронных устройств на транзисторах, резисторах и др., каждое из которых имеет один или два входа для подачи управляющих напряжений и один выход, напряжение на котором определяется соответст­вующей таблицей истинности. Логическому «да» («истина», или цифра 1 в таблицах истинности) соответствует наличию напря­жения, логическому «нет» («ложь», или цифра 0) — его отсутст­вие. Базовые логические элементы — элемент И (схема логического умножения, конъюнктор), элемент ИЛИ (схема логическо­го сложения, дизъюнктор), элемент НЕ (схема логического от­рицания, инвертор).

Элемент буфер реализует операцию повторения у = х, не изменяющую логическое состояние входного сигнала, и приме­няется для формирования логических уровней и повышения на­грузочной способности. Инвертор выполняет операцию отрица­ния у — X логического сигнала и позволяет получить его до­полнение (инверсию). Вентиль ИЛИ обеспечивает высокий уро­вень сигнала на выходе, если хотя бы на одном из его входов присутствует высокий уровень напряжения. Вентиль И имеет высокий уровень сигнала на выходе только при наличии высо­кого уровня напряжения на всех его входах. Вентили И-НЕ, ИЛИ-НЕ совмещают инвертирование с операциями И, ИЛИ Элемент «Исключающее ИЛИ» (сумма по модулю два) имеет низкий уровень сигнала на выходе при одинаковом логическом состоянии входов. Возможно множество вариантов построения устройств, реализующих заданную логическую функцию.

Реальные ЛЭ могут одновременно реализовывать логиче­ские функции многих переменных. Электрические характеристики ЛЭ: статические (входные, проходные, выходные): статическая проходная (передаточная) характеристика; пороги переключения; статическая, помехо­устойчивость; коэффициент разветвления по выходу, коэффи­циент объединения по входу; и динамическая (среднее время задержки распространения сигнала, средняя мощность, потреб­ляемая элементом в статическом режиме).

10. Регистры. Триггеры. Разновидности триггеров.

Триггеры - элементарные цифровые автоматы с двумя устойчивыми состояниями. Одному состоянию присваивается значение 0, другому - 1, служит для хранения информации. От функциональных возможностей триггеров и режимов управления их работой зависят характеристики регистров, счетчиков и других узлов.

Классификация триггеров: - По способу записи (приёма) инф-ции различают синхронные и асинхронные триггеры. В асинхронных триггерах изменение состояния происходит при подаче сигналов на информационные вх. триггера. В синхронных триггерах кроме информационных вх. имеется 1 или несколько дополнительных вх. для сигналов управления. Состояние таких триггеров изменяется при подаче синхронизирующих импульсов в соответствии с сигналами на информационных вх. - По способу управления различают триггеры со статическим и динамическим управлением. Триггеры со статическим управлением могут изменять свое состояние в любой момент на протяжении действия тактового импульса. Триггеры с динамическим управлением изменяют состояние только в момент перехода тактового импульса от 0 к 1 или от 1 к 0.

Различают RS, D,T(счетный), JK(универсальный) триггеры.

RS-тригтер имеет два информационных входа S и R, сигналы на которых определяют состояние триггера, и два выхода: прямой Q и инверсный Q. Различают асинхронные и синхронные триггеры. Особенностью асинхронных триггеров является то, что установка их состояния, т. е. запись информации, осуществляется с поступле­нием сигналов на входы. В синхронных триггерах есть также вход С для синхронизирующего (тактового) сигнала. Запись инф. производится сигналами на информационных входах, но с поступлением тактового сигнала, т.е. при С=1. Если С=0, триггер находится в режиме хранения.

D-триггер имеет 2 вх.: информационный D и тактовый С и 2 вых. Q, Q. При С=1 состояние триггера определяет сигнал на вх. D. При С=0 триггер находится в режиме хранения.

Т-триггер (счетный) имеет 1 вх. Т и 2 вых.: прямой и инверсный. Особенность Т-триггера состоит в том, что с приходом очередного импульса на вх. он изменяет состояние на обр.

JK-триггер (универсальный) имеет два информационных входа: J и К, тактовый вход С и два выхода: прямой и инверсный. Он обладает свойствами всех других, поэтому наиболее широко представлен в современных сериях ИС.

Регистры - нашли широкое применение для приема, хранения и выдачи информации. Регистр состоит из триггеров, число кот-х = числу разрядов кодов комбинации. Имеется несколько разновидностей регистров. Наибольшее применение получили регистры сдвига, или последовательные регистры, запись информации в которые производится только через первую ячейку, и регистры памяти, или параллельные регистры, запись в которые производится через се ячейки.

Информация в регистре хранится в виде числа (слова), представленного комбинацией сигналов 0 и 1. Запоминающими элементами в регистрах служат триггеры, число которых равно числу разрядов хранимых чисел.

По способу записи информации, регистры делятся на 3 типа:

1. Параллельные (регистры памяти);

2. Последовательные (регистры сдвига);

3. Параллельно-последовательные

В параллельные регистры запись числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды одновременно.

Последовательные регистры характеризуются последовательной записью кода числа, начиная с младшего или старшего разряда, путем последовательного сдвига кода тактирующими импульсами.