Логические элементы. Карты Карно. Триггеры. Регистры. Счетчики. Запоминающие устройства ЭВМ

Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал)

ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет

Факультет инженерно-строительный

ЛЕКЦИИ

по дисциплине «ВМСС»

специальности 220201.65-Управление и информатика в технических системах

для студентов очной формы обучения

Автор: к.т.н. доцент Ефремова Т.А.

2010 г.

Лекции по ВМС второй семестр. 3

Логические элементы.. 3

Триггеры.. 4

Построение RS – триггера. 5

Построение RS – триггера на ИЛИ-НЕ элементах. 6

Счетные триггеры.. 7

Синхронный T – триггер. 8

D – триггер (триггер с задержкой по времени) 8

JK – триггер (универсальный) 9

Регистры.. 10

Трехразрядный, параллельный, парафазный регистр на синхронном RS – триггере. 11

Трехразрядный последовательный сдвигающий регистр построенный на синхронных D – триггерах. 12

Двухразрядный реверсивный сдвигающий регистр. 13

Универсальный последовательный параллельный регистр (5 элементов 2-И-ИЛИ, 4 синхронных D – триггера) 13

Счетчики. 14

Трехразрядный суммирующий счетчик с последовательным переносом (реализован на двухтактных T – триггерах), и изменение каждого последующего триггера (его состояния) происходит при переходе предыдущего триггера из единичного состояния в нулевое. 14

Трехразрядный вычитающий счетчик с последовательным переносом.. 15

Реверсивный счетчик. 16

Реверсивный счетчик со сквозным переносом.. 16

Четырехразрядный суммирующий счетчик с последовательным переносом.. 17

Счетчики с групповым переносом.. 18

12-ти разрядный счетчик со сквозным переносом.. 18

Кольцевые счетчики. 18

Запоминающие устройства ЭВМ... 19

Иерархическая структура ЗУ ЭВМ... 20

ЗУ с непосредственной адресацией. 20

Сверх оперативное ЗУ с непосредственной адресацией. 21

Ассоциативные ЗУ.. 22

СОЗУ с ассоциативной адресацией. 24

АЛУ.. 25

Функциональная схема комбинационного АЛУ магистрального типа. 25

АЛУ накапливающего типа. 26

Функциональная схема АЛУ для сложения чисел с ф.з. 27

АЛУ для сложения или вычитания чисел с ф.з. 28

АЛУ для умножения чисел с ф.з. 29

Функциональная схема АЛУ для умножения чисел с ф.з. по методу 1. 30

ЛЕЦИЯ № 1

Логические элементы. Карты Карно

Цель. Изучить логические элементы, и способы минимизации переключательных функций.

Задачи:

1.  Изучить структуру и работу логических элементов

2.  Изучить правила составления конъютивных и дизъюнктивных нормальных форм.

3.  Рассмотреть способы минимизации переключательных функций.

Конъюнкция – логическое умножение

Дизъюнкция – логическое сложение

Элемент Шеффера, И-НЕ

,  

Элемент Пирса, ИЛИ-НЕ

,  

Элемент неравнозначности

,   ,

Элемент И-ИЛИ-НЕ

Теорема Де Моргана:

Составление карт Карно:

                

Карта Карно минимизируется по 0 – ям и 1 – ам. Если карта Карно оптимизируется по 0 – ям, то переменные включаются в элементарные дизъюнкции соединенные между собой знаками конъюнкции.

В элементарные дизъюнкции включаются те переменные значение которых равно либо 0-ю либо 1-е.

Для оптимизации карт Карно по 1 – ам, переменные включаются в элементарные конъюнкции соединенные между собой знаками дизъюнкции.

                

Вопросы для самопроверки

1.  Дать понятие логическим элементам.

2.  Сформулируйте основные законы алгебры логики.

3.  Принципы перехода от ДНФ к КНФ

4.  Что такое совершенные формы

5.  Принципы построения катр Карно

6.  Принципы минимизации карт Карно.

ЛЕКЦИЯ № 2

ТРИГГЕРЫ

Цель. Изучить принципы построения и работу триггеров.

Задачи:

1.  Изучить виды и  работу  триггеров.

2.  Освоить правила построения таблиц соответствия.

3.  Изучить принципы построения временных диаграмм.

Триггер – это элементарная ячейка памяти которая может хранить только два состояния 0-ль либо 1-а, причем переход из одного состояния в другое происходит скачком, и состояние триггера определяет уровень сигнала на прямом выходе.

Триггеры бывают:

ü RS – триггер;

ü Т – триггер (счетный);

ü D – триггер (с задержкой времени);

ü JK – триггер (универсальный);

Обозначение входов триггеров:

ü вход R – производит установку RS – триггера в нулевое состояние;

ü S – производит установку RS – триггера в единичное состояние;

ü T – счетный вход Т – триггера;

ü D – вход задержки D – триггера, информационный вход;

ü J – вход синхронной установки JK – триггера в нулевое состояние;

ü K – вход синхронной установки JK – триггера в единичное состояние;

ü C – вход синхронизации, если «С» отсутствует, или не задействован, то триггер является асинхронным;

ü V – управляющий вход триггера;

Построение RS – триггера

RS – триггер на своем выходе реализует:

1 – хранение 0-я;

2 – хранение 1-цы;

3 – установка 1-цы;

4 – подтверждение 1-цы;

5 – подтверждение 0-я;

6 – установка 0-я;

7,8 – неопределенное состояние триггера;

Построение RS – триггера реализуется с помощью карт Карно.

Для построения RS – триггера на элементах И-НЕ неопределенные состояния заменим 1-ми:

           

Для построения RS – триггера на элементах И-НЕ преобразуют переключательную функцию по т. Де Моргана:

                   

Управление в данной схеме ведется нулевым уровнем сигнала. Для RS – триггера построенного на И-НЕ элементах реализуется обратная логика, т.е. нулевой уровень сигнала на входе S переводит триггер в единичное состояние. Сочетание R=0 и S=0, является запрещенным для данного триггера. R=1 и S=1 приводит к хранению предыдущего состояния триггера

Временная диаграмма:

Построение RS – триггера на ИЛИ-НЕ элементах

Для этого в таблице соответствия неопределенные состояния заменим 0-ми. Составим карту Карно:

                     

Для данного RS – триггера сигнал R=S=1, является запрещенным, а R=S=0 хранение предыдущего состояния триггера. В триггере реализуется прямая логика, т.е. 1-а на R устанавливает RS – триггер в 0-ое состояние.

Синхронные RS – триггеры содержат код синхронизации и сигнал на информационные входы триггера может быть записан только тогда, когда значение входа синхронизации равно 1-е.

Вход синхронизации также позволяет согласовывать работу триггера с другими элементами схем.

Счетные триггеры

Данный вид триггеров реализует функцию сложения по модулю 2-а, а также на каждые 2-а входных сигнала на счетном входе «T» получаем один выходной сигнал.

Схема асинхронного, двухтактного T – триггера:

Предположим, что предыдущее состояние триггера было нулевое, соответственно ан прямом выходе Q=0, а на инверсном . В этом случае единичный уровень сигнала поступает на вход «S», нулевой на «R», если при этом T=1, то происходит запись 1-цы в первую ступень триггера (т.е. 1,2,3,4).

При перемене сигнала на счетном входе «T», т.е. T=0, происходит смена сигнала на выходе второй ступени (т.е. 5,6,7,8), и на прямом выходе T –триггера появляется 1-а.