4.4. Цифрові схеми та цифрові автомати.

Технічним аналогом (технічною реалізацією) булевої функції є схема приладу, що виконує відповідні цій функції перетворення інформації. Напруги, відповідні прийнятому в схемі представленню сигналів 0 і 1, розглядаються як технічні аналоги константи 0 і константи 1. Обов’язковою умовою при цьому є надійне розпізнавання в схемі двох значень сигналів, відповідних символам 0 та 1. Схеми, що формують булеві функції (функції алгебри логіки), називають логічними або цифровими і класифікують за різноманітними ознаками. Цифрові схеми за характером інформації на входах і виході поділяють на схеми послідовної, паралельної і змішаної дії (див. ч. 2, п. 4.3.2).

На входи схеми послідовної дії символи кодових слів надходять не водночас, а послідовно один за одним. У такій же послідовності формується вихідне кодове слово.

Для реалізації схеми паралельної дії, що виконує аналогічну функцію, необхідні дві групи входів по вісім розрядів у кожній групі і вісім виходів (у відповідності із розрядністю вихідного слова). Символи всіх розрядів вхідних слів надходять на входи одночасно.

Існують також схеми змішаного типу, в яких, наприклад, вхідне слово подається в паралельній формі, а вихідне − в послідовній (наприклад, перетворювачі коду).

За схемним рішенням і характером зв’язків між вхідними і вихідними змінними з урахуванням їхньої зміни по тактах роботи розрізняють комбінаційні цифрові схеми (або схеми з жорсткою логікою) і схеми з програмованою логікою. В комбінаційних схемах сукупність сигналів на виході в кожний конкретний момент часу повністю визначається вхідними сигналами, діючими в цей момент на його входах. У схемах другого класу (схеми з програмованою логікою) вихідні сигнали визначаються не тільки значеннями вхідних сигналів в даний момент часу, але і станом схеми, який залежить від сигналів, поданих на її входи в попередні моменти. Такі схеми на відміну від комбінаційних містять елементи пам’яті, зокрема тригери.

Цифрову схему, що здійснює обробку і перетворення інформації, яка надходить на її входи називають цифровим автоматом.

У мовне графічне зображення найпростішого цифрового автомату показане на рисунку 4.14. На входи автомата подають комбінацію двійкових змінних x₁, x₂, …, x_n, з виходу знімають комбінацію двійкових змінних y₁, y₂, …, y_m. На входах і виході цифрового автомата діють сигнали логічних 0 та 1, що називаються двійковими. Задача побудови цифрового автомата, що виконує певні дії над двійковими сигналами, полягає у виборі елементів і способу їхнього сполучення, що забезпечують задане перетворення. Ці задачі вирішує математична логіка або алгебра логіки.

Елементарні логічні операції над двійковими змінними реалізовуються схемами, які називаються логічними елементами. Число входів логічного елемента відповідає числу аргументів булевої функції, що відтворюється ним. Представлення чисел за допомогою електричних сигналів дозволяє конструювати різні електронні логічні схеми. Як правило, є набір типових найпростіших схем, призначених для синтезу будь-яких більш складних схем.

Логічні елементи підрозділяються і по типу використаних в них електронних елементів. Найбільше застосування знайшли логічні елементи РТЛ (елементи резисторно-транзисторної логіки), ДТЛ (елементи діодно-транзисторної логіки), ТТЛ (елементи транзисторно-транзисторної логіки).

Групи логічних схем із спільними технічними характеристиками об’єднуються в серії. Серія – комплект інтегральних схем, що мають єдине схемне і конструктивно–технологічне виконання. До складу цифрових серій поряд з комбінаційними схемами, що виконують прості логічні функції, і тригерними схемами (елементи пам’яті) входять також схеми, що уявляють собою цілі вузли і блоки арифметичних пристроїв.

Основні електричні параметри логічних схем – спільні для всіх серій цифрових інтегральних схем, що дозволяє порівнювати їх між собою: швидкодія, потужність споживання, завадостійкість, коефіцієнт розгалуження виходу (навантажувальна здатність), коефіцієнт об’єднання на вході.