Виды логических схем

1. Транзисторно-транзисторная логика(ТТЛ)

Напряжение Е_n больше или меньше 0 для p-n-p или n-p-n транзисторов соответственно, этом сигнал логической переменной А, подаваемый на входе преобразуется на выходе в , т.о. реализуется операция инвертирования.

Полевой транзистор

МОП-транзистор

Стандартная ТТЛ-схема выполняет операцию И-НЕ

Серия 155, в 70-х гг протеблял мощность 12мВТ/элемент, задержка составляла 10нс/элемент

Серия 1533, конец 80-х гг, потребляемая мощность 2мВт/элемент, задержка 4нс/элемент

2. Диодно-транзисторная логика

Потребляемая мощность 8мВт/элемент, задержка 30нс/элемент.

3. Логика МОП

Преимущества: входное сопротивление порядка 10¹² Ом, т.е ток входной цепью фактически не потребляется; потребляемая мощность связанна лишь с утечкой в полевом моп-транзисторе; такие схемы менее критичны к напряжению питания (2-18 В).

Недостатки: изначально низкое быстродействие (до 0,1 сек).

Триггеры

Триггер – одноразрядный элемент памяти, предназначенный для хранения логической переменной (одна би-стабильная ячейка с 2-мя устойчивыми состояниями)

Триггер относится к классу последовательных схем.

Последовательная логика - это такая схема, в которой текущее состояние выходов зависит не только от текущих состояний входов, но и от состояния схемы в предыдущий момент времени.

Комбинационная логика – это цифровая логика, при которой состояние на выходе в каждый момент времени однозначно зависит от состояния на входе.

Последовательные схемы выполняют систематические последовательности действий, синхронизируемые управляющим сигналом, называемым тактовым. Триггер является компонентом более сложных последовательных устройств, таких как счетчики, регистры, регистры памяти и т.д., из которых в свою очередь состоят ЭВМ.

Типы триггеров

RS-триггер

RS-триггер, имеет 2 входа, обозначенных

буквами R и S

Если подать на входы 2 единицы, то получим единицы на обоих выходах, что невозможно, и это приведет к неопределенному исходу, т.е. выход будет зависеть от случайных факторов, поэтому эта комбинация считается недопустимой.

Синхронный RS-триггер

В синхронных схемах, хранящаяся в триггерах информация может измениться только при появлении импульса на спец-линии.

Когда на синхро-вход подана логическая единица, триггер считается открытым, если при открытом триггере сигналы S и R изменятся, то происходит обновление его состояния в соответствии с новы значением. При нулевом значении синхро-сигнала состояние триггера фиксировано и не реагирует на изменение входных сигналов.

IK-, D-, T-триггеры:

Главное преимущество IK-триггера перед RS – при подаче 2-ух единиц на вход триггер не имеет неопределенного состояния.

Очень распространены триггеры типа D.

Микросхема TM2 является универсальным D триггером с однофазным приемом информации (с одним входом) с независимой установкой состояния низкого и высокого уровня.

Особенность D-триггера состоит в том, что он следит за изменением информации в момент прихода фронта импульсов синхронизации

Регистры

Типы регистров

Сдвиговые

Параллельные

Последовательные

Защелки

Регистры-хранения

Сдвиговый регистр предназначен для хранения и обработки информации в микро ЭВМ. Состоит из ряда триггеров по одному на каждый бит информации. Триггеры соединены так, что выход каждого подключен к входу следующего. Информация в регистре сдвигается на один разряд вправо или влево при поступлении каждого тактового импульса.

Такое устройство идеально подходит для обработки последовательной информации, подаваемой по биту в каждый момент времени, преобразования параллельной информации в последовательную и наоборот.

Регистр с последовательным входом:

Выход данных может быть как параллельным, так и последовательным (сдвиговый регистр работает как последовательно-параллельный преобразователь).

Для данной схемы после четырёх тактовых импульсов информация на выходах Q₀­­…Q₃ повторяет информацию, поступающую на вход D последовательно.

Регистр с параллельным входом

Запись данных в регистр происходит следующим образом:

1. Происходит сброс, т.е. установка в 0

2. На D₀…D₃ подается параллельная информация

3. Подается сигнал записи в виде логической единицы тактового импульса, это приводит к записи информации во все разряды регистра одновременно

4. Если после этого ничего не происходит, то записанная информация будет храниться в регистре сколько угодно долго, и регистр превратится в ячейку памяти на 4 бита. При появлении следующего тактового импульса информация сдвигается на один разряд вправо.

5. выход данных может быть как последовательным, так и параллельным. Если выход последовательный, то такой регистр называется параллельно-последовательным преобразователем.

Регистры, сдвигающие информацию и влево и вправо называются реверсивными. Направление сдвига в них задается путем подключения соответствующих входов к соответствующим выходам.

Реверсивные сдвиговые регистры с последовательным и параллельным входом и выходом называются универсальными сдвиговыми регистрами.

Пример: микросхема ИР1

Реверсивный регистр ИР1 Реализует следующие режимы работы:

- запись информации параллельным входом,

- сдвиг влево и сдвиг вправо,

- запись последовательным входом.

Структура микросхемы ИР1 реализует следующие режимы работы: запись информации в параллельном и последовательном коде, сдвиг влево-вправо.

Запись данных в регистр ИР1 происходит следующим образом:

1. Для записи в регистр параллельным ходом на V₂ подается 1, на С₂ – 0, направление на C₁ и V₁ любые.

2. Для сдвига информации вправо на V₂ подается 1, а на С₂ – тактовые импульсы.

3. Для записи последовательным кодом входную информацию подают на V₁, а тактовые импульсы на С₁, на С₂ не важно что, на V₂, D₀…D₃ – логический 0

4. Для сдвига информации влево на V₂ подается логическая 1, на D₀…D₃ ничего нельзя подавать.

Микросхемы ИР1 используются в качестве: основного элемента арифметических устройств, в качестве буферной памяти, в качестве элемента задержки на n тактов, в качестве преобразователя последовательных кодов в параллельные и наоборот, в качестве делителя частоты, в качестве закольцованного распределителя импульсов.