Логические схемы некоторых базовых компонентов компьютера

Логические операции «AND», «OR» и «NOT» достаточно просто технически выполняются на любых системах элементов: и на электронных лампах, и на дискретных полупроводниковых элементах, и в интегральных схемах. Существуют многочисленные справочники, позволяющие выбрать подходящий вариант их технической реализации.

Как уже отмечалось, в больших интегральных схемах с целью унификации их структуры синтез логических и вычислительных схем выполняются на базе только одного логического «уникального» оператора: NOR или NAND. Но каждый из уникальных операторов структурно легко реализуем на основе базовых, и, наоборот, каждый базовый операнд легко конструируется из уникальных.

На рис 4.12 показаны:

l логическая конструкция схемы NAND на основе схем AND и NOT,

l стандартные изображения логических схем NAND и NOR,

l логические конструкции схем NOT, AND и OR на основе схем NAND.

Рис. 4.12 Взаимные конструкции логических схем

Реализация «AND», «OR» и «NOT» на основе уникальных операторов используется при логическом синтезе вычислительных схем, ибо для базовых операторов процедуры формализованного логического синтеза разработаны наиболее подробно и конструктивно.

Среди многих элементарных схем в компьютере наибольшее распространение получила схема триггера – статического запоминающего и логического элемента. На триггерах строятся системы статической памяти, регистры, счетчики, делители частоты и еще множество других компьютерных схем.

Триггер – элемент, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний, условно именуемых состояниями «0» и «1».

Триггер имеет два выхода:

l выход «0» (иногда именуемый -выходом),

l выход «1» (именуемый иногда q-выходом).

Если триггер находится в состоянии «0», то у него на выходе q «высокое» напряжение (порядка нескольких вольт или даже меньше), на выходе «низкое» (обычно нулевое) напряжение, если триггер находится в состоянии «0», то напряжения распределены наоборот.

Триггера могут иметь раздельные входы:

l R (Reset) — вход установки «0»,

l S (Set) — вход установки «1».

Каждый вход устанавливает триггер в соответствующее состояние: такие триггеры часто называют R-S триггерами.

Триггеры могут иметь счетный вход T (toggle, релаксатор), очередной импульс «1» на счетном входе изменит состояние триггера. Такие триггеры часто называют T-триггерами. Триггер, установленный в какое либо состояние, сохраняет его до тех пор, пока импульс, поданный на один из входов, не изменит это состояние.

Стандартные обозначения и логические блок схемы R-S триггера (a) и T триггера (b) показаны на рис4.13.

Рис. 4ю13. Логические блок схемы R-S триггера (a) и T триггера (b)

Проследив напряжения на входах и выходах триггера можно видеть, что состояние триггера статически поддерживается его напряжениями. Например, сигнал «1», поступивший на вход S, на выходе триггера установит низкое напряжение, поступающее оттуда на вход R, и будет восприниматься как сигнал установки триггера в состояние «1». Аналогичная картина наблюдается при установке триггера в состояние «0: высокое напряжение, поступающее в этом случае с выхода на вход R будет поддерживать триггер в состоянии «0».

При подаче импульса «1» на счетный вход T этот импульс пройдет только через тот вентиль (схему «AND»), который пропускает его на раздельный вход, переключающий триггер. Например, если триггер находится в состоянии «1», при поступлении импульса на вход T будет открыт вентиль, пропускающий импульс на вход R, и триггер переключится в состояние «0».

Триггера используются при организации запоминающих регистров и счетчиков. При этом в регистрах обычно используются триггера с раздельными входами, а в счетчиках – со счетными.

Логические операции, выполняемые в компьютереВ перечень машинных команд, которые используются при программировании, обязательно входят и некоторые логические операции. Чаще всего это операции OR (ИЛИ), AND (И), NOT (НЕ) и XOR (исключающее ИЛИ).