Файл: Каган Б.М. Цифровые вычислительные машины и системы учеб. пособие.pdf

и том же модуле различные функциональные зависи­ мости.

Устройство, функциональная схема которого приве­ дена на рис. 3-8, реализует следующие булевы функции:

fn = *э*гѴ*8ЛѴ*і;

fi = *1*2*3;

L = *з/ЛѴ*2

или, что то же самое,

fn = *3*2 Ѵ*з (*і*2*з) Ѵ*ь // = м*г*з;

тов присутствует функция /), а в выражении fm одним из

функционирования.

Набор логических элементов является функциональ­ но полным, если реализуемые этими элементами булевы функции образуют функционально полную систему функции.

Как следует из § 3-3, наборы логических элементов, обладающие функциональной полнотой, можно соста­ вить различными способами.

Выше были сформулированы условия, при которых набор логических элементов позволяет создавать любые комбинационные схемы. Однако для проектирования ЦВМ необходимо, чтобы набор элементов позволял строить не только комбинационные схемы, но и устрой­ ства другого типа, которые мы назвали цифровыми ав­ томатами.

Обратимся к рис. 3-4,6. Структурная схема цифро­ вого автомата содержит комбинационные схемы и запо­ минающие элементы. В качестве последних, как отмеча­ лось выше, используются элементарные автоматы с дву­ мя состояниями.

Из сказанного следует, что система элементов, обла­ дающая функциональной полнотой для построения циф­ ровых автоматов, должна содержать: во-первых, набор логических элементов, обладающий функциональной полнотой для построения комбинационных схем, и вовторых, запоминающий элемент или, иначе говоря, эле­ ментарный автомат с двумя состояниями. Этот элемен­ тарный автомат должен иметь полные системы выходов и переходов с тем, чтобы можно было различить состоя­ ние элементарного автомата и применить его в устрой­ ствах, где используются все возможные переходы эле­ ментарных автоматов.

Поскольку элементарный автомат является автома­ том Мура и его выходной сигнал однозначно определя­ ется состоянием автомата, удобно состояние и выходной сигнал обозначить одной и той же буквой Q.

В вычислительной технике в качестве элементарных автоматов используются главным образом триггеры не­ скольких типов. Рассмотрим некоторые из них.

Элемент задержки, или D-триггер*. Рисунок 3-9 и табл. 3-6 иллюстрируют процесс функционирования эле­ мента задержки, представляющего собой элементарный автомат с одним входом. Состояние автомата и соответ­

* D от delay — задержка.

130

ствующий ему выходной сигнал в момент времени /+1 повторяют значение входного сигнала в момент време­ ни t:

Второй тип элементарного автомата с одним входом, изображенный на рис. 3-10 и имеющий переходы сог­ ласно табл. 3-7, называется Г-триггером или триггером со счетным входом, так как он изменяет свое состояние на обратное каждый раз при подаче на вход единичного сигнала. Триггер имеет выходы: прямой Q и инверсный

Рис. 3-10. Элементарный автомат с одним входом.

Q. Закон функционирования 7-триггера в аналитической форме имеет вид:

Xo(t) = Xi(t) — 1 считается запрещенным, так как состоя­ ние триггера после такого входного воздействия не оп­ ределяется однозначно.

132

В вычислительной технике широко применяются схе­ мы элементарных автоматов с тремя входами. Приме­ ром такого автомата является ^fSr-триггер или триггер с установочными и счетным входами, который пред­ ставляет собой комбинацию двухвходового /^-триггера и одновходового Г-триггера.

Имеются и другие варианты элементарных автома­ тов, например многовходовые триггеры с числом вхо­ дов 4 и более для приема информации из нескольких каналов передачи, с добавочными входами для сброса и установки и т. д. Однако все они получаются путем оп­ ределенных комбинаций основных схем.

3-5. СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Системой элементов ЦВМ называется функциональ­ но полный набор логических элементов, использующий одинаковый способ представления информации и одина­ ковый тип межэлементных связей и предназначенный для построения цифровых устройств. Система элементов чаще всего избыточна по своему функциональному со­ ставу, что позволяет строить схемы, более экономные по количеству использованных элементов. Системы элемен­ тов, содержащие элементы для выполнения логических операций и элементы для усиления, восстановления и формирования стандартной формы сигналов, объединяе­ мые общими электрическими, конструктивными и техно­ логическими параметрами, часто называют комплекса­ ми логических элементов.

Логические элементы можно классифицировать по нескольким основным признакам и прежде всего по спо­ собу представления в них цифровой информации и спо­ собу связи между ними. По этим признакам элементы принято подразделять на:

1)элементы потенциального типа;

2)элементы импульсного типа;

3)элементы импульсно-потенциального типа. Элементы потенциального типа обрабатывают ин­

формацию, представленную потенциальным способом (см. § 3-1) и как следствие этого имеют прямые гальва­ нические связи с источниками входных сигналов и на­ грузкой.

Элементы импульсного типа имеют трансформатор-

133

ные или емкостные связи с источниками входных сигна­ лов и (или) нагрузкой. Элементы импульсно-потенциаль­ ного типа — это элементы, на одни входы которых посту­ пают сигналы в форме потенциала, а на другие — в фор­ ме импульса, с выхода же снимается импульсный сигнал.

Импульсно-потенциальные элементы имеют с частью источников входных сигналов гальванические связи, а с частью источников входных сигналов и с нагрузкой — связи через трансформаторы или конденсаторы.

Импульсные элементы находят ограниченное приме­ нение в логических устройствах ЦВМ в силу их недос­ татков, которые будут рассмотрены ниже. Импульсно-по­ тенциальные элементы достаточно широко применяются в устройствах ЦВМ при построении схем с использовани­ ем дискретных радиокомпонентов, таких как транзисто­ ры, диоды, резисторы, конденсаторы, трансформаторы и

По функциональному назначению элементы ЦВМ принято подразделять на:

1) типовые (общего назначения, стандартные, основ­ ные) ;

2) нетиповые (специального назначения, вспомога­ тельные) .

Типовые элементы в свою очередь подразделяются

на:

а) логические; б) запоминающие;

в) формирующие (нормализующие, восстанавливаю­ щие) .

Типовые элементы ЦВМ предназначены для содержа­ тельного преобразования информации, хранения инфор­ мации и восстановления нормальных значений физи­ ческих параметров сигналов, изменяющихся в процессе прохождения сигналов по логическим цепям.

Нетиповые элементы изменяют форму представления переменных в ЦВМ, не меняя их информационного со­ держания. Они преимущественно используются в устрой­ ствах ввода-вывода и в запоминающих устройствах ЦВМ. Характерными представителями нетиповых эле­

134