Логические основы ЭВМ

Введение

В основе всех действий, произведенных компьютером, лежат логические выводы основанные на булевой логике. С появлением транзисторов началось второе поколение ПК, и далее на этой основе развивались следующие поколения.

Сейчас широко используется транзисторная логика для построения булевой логики в вычислительной технике. В основе всего лежат транзисторы, логические элементы, триггеры и т.д. Любая интегральная схема строится с использованием триггеров и логических элементов, на основе которых можно построить схему любой сложности.

6.1. Бистабильная ячейка – триггер

Триггер — это электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для надежного запоминания одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое — двоичному нулю.

Термин триггер происходит от англ. trigger — защелка, спусковой крючок. Для обозначения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает «хлопанье». Это звукоподражательное название электронной схемы указывает на ее способность почти мгновенно переходить («перебрасываться») из одного электрического состояния в другое и наоборот.

Самый распространенный тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от англ. set — установка, reset — сброс). Условное обозначение триггера дано на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Условное обозначение триггера

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала .

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ( ).

Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие — нулем.

На рис. 6.2 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ-НЕ, соответствующая таблица истинности приведена в табл. 6.1.

Рис. 6.2. Реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ-НЕ

Таблица 6.1. Таблица истинности триггера

S R Q
Запрещено
Хранение бита

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ-НЕ (табл. 6.1).

1. Если на входы триггера подать S=1, R=0, то (независимо от состояния) на выходе Q верхнего вентиля появится 0. После этого на входах нижнего вентиля окажется R=0, Q=0 и выход станет равным 1.

2. Точно так же при подаче 0 на вход S и 1 на вход R на выходе появится 0, а на Q — 1.

3. Если на входы R и S подана логическая 1, то состояние Q и не меняется.

4. Подача на оба входа R и S логического 0 может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комбинация входных сигналов запрещена.

Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания 1 байта нужно 8 триггеров, для запоминания 1 Кбайта — соответственно 8 · 210 = 8192 триггеров. Современные микросхемы памяти содержат миллионы триггеров.

Регистры

Регистрами называют устройства, предназначенные для приема, хранения и передачи информации.

Информация в регистре хранится в виде двоичного кода, каждому разряду которого соответствует свой элемент памяти (разряд регистра), выполненный на основе триггеров RS-, JK- или D-типа.

Классифицировать регистры можно по различным признакам, важнейшими из которых являются способ ввода-вывода информации и характер представления вводимой и выводимой информации.

По способу ввода-вывода информации различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры. В регистрах памяти и ввод информации и ее вывод осуществляются в параллельном коде. При этом время ввода (вывода) всего числа равно времени ввода (вывода) одного разряда. В регистрах сдвига число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Время ввода (вывода)m-разрядного двоичного числа в таких регистрах определяется величиной mTc, где Tc — период следования тактовых импульсов, осуществляющих ввод (вывод) информации. В параллельно-последовательном регистре ввод числа может осуществляться в параллельном коде, а вывод — в последовательном или наоборот.

По характеру представления вводимой и выводимой информации различают регистры однофазного и парафазного типов. В однофазных регистрах информация вводится в прямом либо в обратном коде, а в парафазных — одновременно и в прямом, и в обратном. Регистры первого типа строятся на основе D-триггеров, второго — на основе RS- или JK-триггеров. Вывод информации из регистров обоих типов может осуществляться в прямом и в обратном кодах.

Сумматор

Сумматор — это электронная логическая схема, выполняющая суммирование двоичных чисел.

Сумматор служит прежде всего центральным узлом арифметико-логического устройства компьютера, однако его применяют и в других устройствах машины.

Многоразрядный двоичный сумматор, предназначенный для сложения многоразрядных двоичных чисел, представляет собой комбинацию одноразрядных сумматоров, с рассмотрения которых мы и начнём. Условное обозначение одноразрядного сумматора дано на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Условное обозначение одноразрядного сумматора

При сложении чисел A и B в одном i-м разряде приходится иметь дело с тремя цифрами:

1. цифра ai первого слагаемого;

2. цифра bi второго слагаемого;

3. перенос pi–1 из младшего разряда.

В результате сложения получаются две цифры:

1. цифра ci для суммы;

2. перенос pi из данного разряда в старший.

Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами, работа которого может быть описана соответствующей таблицей истинности (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Таблица истинности одноразрядного двоичного сумматора

Входы Выходы
Первое слагаемое Второе слагаемое Перенос Сумма Перенос

Если требуется складывать двоичные слова длиной 2 бита и более, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причем для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора служит входом для другого.

Например, схема вычисления суммы C = (с3 c2 c1 c0) двух двоичных трехразрядных чисел A = (a2 a1 a0) и B = (b2 b1 b0) может иметь вид, показанный на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Схема вычисления суммы двух двоичных трёхразрядных чисел


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Основные законы булевой алгебры | Сложение и вычитание




Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 144; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2020 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.