Устройства переработки и преобразования информации
Арифметические, логические, операции сдвига, инверсия, пересылки информации, операции преобразования кода. Эти операции реализуются программно, а физически они выполняются с помощью соответствующих устройств.
Основным элементом является триггер.
Триггер - это элемент, обладающий двумя устойчивыми состояниями, которые устанавливаются при подаче соответствующей комбинации сигналов на управляющие входы триггера и сохраняющиеся в течение заданного времени после окончания действия этих сигналов. (логическое устройство способное хранить 1 бит данных).
Различают их по способу записи информации, по способу синхронизации, по способу организации логических связей.
RS триггер (асинхронный триггер).
RS триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход триггера Q в единичное состояние. Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход триггера Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние. Имеет 2 выхода Q (прямой) и 
(инверсный).
Триггер может строится на двух элементах: 2и-не; 2или-не.
Схема простейшего RS триггера на схемах "2И-НЕ". Входы R и S инверсные (активный уровень'0'):
|
Таблица истинности логического элемента "2И-НЕ" |
Рис.48
Рассмотрим работу схемы RS триггера: Пусть на входы R и S подаются "1". Если на выходе Q элемента D1 присутствует логический "0", то по логике работы элемента D2 независимо от сигнала на втором входе, на выходе 
появится логическая единица ("1"). Эта единица подтвердит логический ноль ("0") на выходе Q.
|
|
|
Если на выходе Q элемента D1 первоначально присутствует логическая единица, то на выходе элемента D2 появится логический ноль. Этот ноль подтвердит логическую единицу на выходе Q.
Подадим на вход S - "0". Согласно таблице истинности элемента D1 на выходе Q появится "1". Это приведёт к появлению на инверсном выходе - "0". Сигнал 0 можно снять с S входа при этом состояние триггера не изменится. То есть мы записали в триггер логическую единицу.
Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. Для этого следует воспользоваться входом R. (т.е. ту же операцию произвести со входом R) Так как активный уровень на входах оказался нулевым, то эти входы — инверсные.
Если S=1 и R=0, то Q=1, 
. Если R=S=0, то состояние выходных сигналов сохраняется, поэтому RS-триггер можно использовать для запоминания иформации. Если R=S=1, то оба выходных сигнала равны нулю; однако, тогда состояние выходных сигналов не будет определено, если в какой-либо момент оба входных сигнала одновременно станут равными нулю. Поэтому комбинация R=S=1 является запрещенной комбинацией.
|
|
|
Таблица истинности RS триггера будет выглядеть следующим образом:
| R | S | Q |
| Решение |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Режим хранения информации R=S=0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Режим установки единицы S=1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 0 | 0 | Режим записи нуля R=1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 0 | R=S=1 запрещенная комбинация | |
| 1 | 1 | 1 |
Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, является запрещённым так как вводит схему в режим генерации.
Аналогично работает RS триггер на элементе 2 ИЛИ-НЕ.
Условное графическое обозначение RS - триггера:
Рис.49
D триггер:
D-триггер (от английского DELAY- задерживать) называют информационным триггером, также триггером задержки. D - триггер бывает только синхронным.
Что значит синхронные?
Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы только при наличии сигнала входе синхронизации С (от англ. clock). Этот вход также обозначают термином «такт». Такие информационные сигналы называют синхронными. Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим и с динамическим управлением по входу синхронизации С.
|
|
|
Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.
Рис.50
Имеет 2 входа:
D – информационный вход;
C - вход синхронизации (для синхронизирующего импульса).
Данный D-триггер реализован на 4 элементах 2И-НЕ. Работает при 0 сигнале на вход C. Состояние триггера определяется предшествующим состоянием входа Q и не изменяется во времени. Когда на вход C поступает 1, триггер переходит в состояние определенное сигналом на входе D.
При С=0 изменение входного сигнала не сказывается на состоянии триггера. И только при С=1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом.
Диаграмма работы и таблица состояния:
Рис.51
По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний. Т.е. передача информации с входа D на выход Q осуществляется во время действия синхронизирующего импульса.
|
|
|
Схемное обозначение D - триггера:
Рис.52
Компаратор– это устройство, которое предназначено для сравнения двух и более входных сигналов и формирования выходного сигнала в зависимости от результата сравнения. Компараторы могут быть построены на основе операционных усилителей без обратных связей, а также на основе специализированных микросхем. Питание таких компараторов может быть как однополярное, так и двухполярное. В зависимости от этого выходной сигнал компаратора также может быть однополярным или двухполярным.
Компараторы могут иметь открытый или закрытый выходы. Открытый выход позволяет подключать к компаратору внешнюю нагрузку или какое-то исполнительное устройство. Кроме этого открытый выход позволяет согласовать по напряжению выходной сигнал компаратора и уровень входного сигнала, следующего за компаратором логического устройства. Компараторы могут иметь стробирующий вход, при наличии сигнала на данном входе компаратор может сравнивать или не сравнивать входные сигналы, а также иметь на входе Z-состояние. Z-состояние реализуется на ключах из полевых транзисторов и моделирует как бы разрыв выходной цепи. Часто с помощью компараторов сравнивают неизвестный сигнал с известным напряжением. Такое напряжение называется опорным (Uоп). Данное напряжение может быть положительным, отрицательным или равным нулю . В случае, когда Uоп=0, данный компаратор называют индикатором нуля, т.к. он реагирует на переход входного сигнала через нуль.
| 
|
Рис.53 Компаратор
Шифратор, (называемый так же кодером) - устройство, осуществляющее преобразование десятичных чисел в двоичную систему счисления. Пусть в шифраторе имеется m входов, последовательно пронумерованных десятичными числами (0, 1, 2, 3, ..., m - 1), и n выходов. Подача сигнала на один из входов приводит к появлению на выходах n- разрядного двоичного числа, соответствующего номеру возбужденного входа.
| 
|
Рис.54
Шифратор – это устройство, выполняющее операцию преобразования n – разрядного слова в N - разрядное слово. Количество входов – n, количество выходов – N.
n(…)→N(…)
Дешифратор (или декодер) - устройство, осуществляющие обратное преобразование (обратного преобразования двоичных чисел в небольшие по значению десятичные числа).
В дешифраторе использованы все комбинации входящего двоичного кода.
Дешифратор n-разрядного двоичного числа имеет 2n выходов.
Он получает на вход закодированный двоичный сигнал и выдает его на один из n своих выходов.
Количество комбинаций: N = 2n
Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления). Используется в совокупности с индикаторами. Применяется в телевизорах.
Преобразуют двоичные коды в последовательность импульсов
0110 => "1" на 6 выходе
1110 => "1" на 7 и "0" на 6
Рис.55
Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передавать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется управляющим сигналом.
Рис.56. Обобщенная схема мультиплексора
Входные логические сигналы Xi поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. На вход управляющей схемы подаются адресные сигналы Ak (от англ. Address). Мультиплексор также может иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable), который разрешает или запрещает прохождение входного сигнала на выход Y.
Применяется при вводе информации от различных источников данных.
Например
Мультиплексор можно представить в виде устройства коммутирующего между собой сигнал от камер видеонаблюдения. Основная задача мультиплексора это деление экрана монитора на ячейки под определенные каналы, то есть, подключив, к примеру, 4 видеокамеры к мультиплексору, вы сможете их наблюдать на одном мониторе одновременно.
Используется в системах автоматики и телемеханики. Обеспечивает подключение датчиков к одному каналу передачи информации.
Демультиплексор производит обратную операцию переключения сигнала с одного информационного входа распределения на один из информационных выходов.
Шина данных — часть системной шины, предназначенная для передачи данных между компонентами компьютера (контроллера).
Рис.57
В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены.
Основной характеристикой шины данных является её ширина в битах. Ширина шины данных определяет количество информации, которое можно передать за один такт.
Регистр - последовательное или параллельное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. (это устройство для записи и хранения данных). Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, обычно D, число которых соответствует числу разрядов в слове.
Могут выполнять операции сдвига, операции преобразования данных из параллельной формы в последующую и наоборот.
Операция сдвига (битовый сдвиг) - изменение позиции битов в слове на одну и ту же величину.
Рис.58
Разрядность регистра определяется количеством триггеров.
Регистр хранения на асинхронных RS триггерах:
Рис.59. Регистр
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1800; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!