Классификация цифровых устройств

В соответствии с принятым способом представления двоичной информации цифровые устройства принято делить на импульсные, потенциальные и импульсно-потенциальные.

Двоичное слово может быть представлено последовательным или параллельным кодом. При последовательном коде каждый временной интервал (такт) предназначен для отображения одного разряда двоичного кода. В этом случае все разряды слова фиксируются по очереди одним и тем же элементом и проходят через одну линию передачи информации.

При параллельном коде все разряды двоичного кода представляются в одном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные линии, каждая из которых служит для представления и передачи только одного разряда слова, то есть значения всех разрядов двоичного кода передаются по нескольким линиям одновременно.

В зависимости от применяемого кода цифровые устройства подразделяют на последовательные и параллельные. При использовании последовательного кода все операции, в том числе передача слов из одного узла в другой, производятся поочередно для каждого разряда слова, и поэтому последовательные устройства работают медленнее, чем параллельные. В современных ЭВМ основные устройства, участвующие в обработке информации, для достижения высокого быстродействия строятся как параллельные, хотя они и требуют большего объема аппаратуры. Для экономии оборудования в некоторых устройствах применяют последовательно-параллельный код, при котором слова разбиваются на части (слоги) и передача, а иногда и обработка, производятся последовательно слог за слогом. При этом каждый слог представляется параллельным кодом.

По принципу действия все логические устройства делятся на два класса: комбинационные схемы и конечные автоматы (последовательностные устройства).

Комбинационными схемами (автоматами без памяти) называют логические устройства, выходные сигналы которых (выходное слово Y = {y₁, y₂, …, y_k}) в любой дискретный момент времени t_i однозначно определяются только входными сигналами (входным словом Х = {x₁, x₂, …, x_п}), поступающими в тот же момент времени.

Комбинационную схему можно представить в виде п-k-полюсного элемента (рисунок 5.19). Входное двоичное слово (входной алфавит) комбинационной схемы задается набором символов х_i (Х = {x₁, x₂, …, x_п}), а выходное слово (выходной алфавит) принимает значения из выходных символов у_j (Y = {y₁, y₂, …, y_k}).

Рисунок 5.19 – Комбинационная схема как n-k-полюсный элемент

Закон функционирования КС определен, если задано соответствие между ее входным Х и выходным Y словами, например, словесно, в виде таблицы истинности или в аналитической форме с использованием булевых функций.

К классу КС относятся следующие логические устройства: мультиплексоры, демультиплексоры, шифраторы, дешифраторы, дешифраторы-демультиплексоры, сумматоры, преобразователи кодов, цифровые компараторы (устройства сравнения двух двоичных слов) и др.

Конечным автоматом(последовательностным устройством, автоматом с памятью) называют логическое устройство, выходные сигналы которого (выходное слово Y) определяются не только действующей в данный момент времени t_i комбинацией входных переменных (входным словом Х), но и внутренним состоянием устройства, которое явилось результатом воздействия на него входных слов в предыдущие такты (t_i-1, t_i-2 и т. д.).

Таким образом, комбинация входного слова и текущего состояния автомата в данном такте определяет не только выходное слово, но и то состояние, в которое автомат перейдет к началу следующего такта.

Структурная схема конечного автомата показана на рисунке 5.20. Как видно из рисунка, конечный автомат содержит КС и память, состоящую из запоминающих элементов (ЗЭ) – триггеров, элементов задержки и др., фиксирующих состояние, в котором он находится.

Рисунок 5.20 – Структурная схема конечного автомата

Автомат с памятью задается тремя наборами переменных: Х, Y и Q, то есть Y = f(X, Q) где Q – набор переменных, которые отображают внутреннее состояние схемы. Семейство конечных автоматов включает: триггеры, регистры, счетчики.