Физические основы электроники. Назначение и основные функции логических элементов

Физические основы электроники

1.Назначение и основные функции логических элементов.

Логические элементы - устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого - "1" и низкого - "0" уровней в двоичной логике, последовательность "0", "1" и "2" в троичной логике, последовательности "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8" и "9" в десятичной логике).

С развитием электротехники от механических логических элементов перешли к электромеханическим логическим элементам (на электромагнитных реле), а затем к электронным логическим элементам на электронных лампах, позже - на транзисторах. После доказательства в 1946 г. теоремы Джона фон Неймана об экономичности показательных позиционных систем счисления стало известно о преимуществах двоичной и троичной систем счисления по сравнению с десятичной системой счисления. От десятичных логических элементов перешли к двоичным логическим элементам.

Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) над входными сигналами (операндами, данными).

2.Реализация основных логических функций на элементах И-НЕ.

логические элементы бывают:

Элемент «И» (AND)

Иначе его называют «конъюнктор».

Для того, чтобы понять как он работает, нужно нарисовать таблицу, в которой будут перечислены состояния на выходе при любой комбинации входных сигналов. Такая таблица называется « таблица истинности ». Таблицы истинности широко применяются в цифровой технике для описания работы логических схем.

Вот так выглядит элемент «И»:

на выходе элемента «И» будет ноль в том случае, если хотя бы на один из его входов подан ноль.

Его таблица истинности:

Элемент «ИЛИ» (OR)

«дизъюнктор».

На выходе возникает единица, когда на один ИЛИ на другой ИЛИ на оба сразу входа подана единица. Этот элемент можно назвать также элементом «И» для негативной логики: ноль на его выходе бывает только в том случае, если и на один и на второй вход поданы нули.

Таблица истинности:

Элемент «НЕ» (NOT)

«инвертор».

Элемент НЕ выполняет роль инвертора. На выходе всегда логическая единица, пока на входе логический нуль и наоборот.

Таблица истинности:

Реализация логических элементов возможна при помощи устройств, использующих самые разнообразные физические принципы:

· механические,

· гидравлические,

· пневматические,

· электромагнитные,

· электромеханические,

· электронные.

Физические реализации одной и той же логической функции, а также обозначения для истины и лжи, в разных системах электронных и неэлектронных элементов отличаются друг от друга.

3.Классификация, области применения триггеров.

RS-триггер получил название по названию своих входов. Вход S (Set — установить англ.) позволяет устанавливать выход Q в единичное состояние. (Устанавливать означает записывать логическую единицу). Вход R (Reset — сбросить англ.) позволяет сбрасывать выход Q (Quit — выход англ.) в нулевое состояние.

Схема RS-триггера позволяет запоминать состояние логической схемы, но так как в начальный момент времени может возникать переходный процесс (в цифровых схемах этот процесс называется "опасные гонки"), то запоминать состояния логической схемы в триггерах нужно только в определённые моменты времени, когда все переходные процессы закончены.

Это означает, что большинство цифровых схем требуют сигнала синхронизации (тактового сигнала). Все переходные процессы в комбинационной логической схеме должны закончиться за время периода синхросигнала, подаваемого на входы триггеров. Триггеры, запоминающие входные сигналы только в момент времени, определяемый сигналом синхронизации, называются синхронными триггерами. Для того чтобы отличать от них рассмотренные ранее варианты триггеров (RS-триггер и триггер Шмитта) эти триггеры получили название асинхронных.

В RS-триггерах для записи логического нуля и логической единицы требуются разные входы, что не всегда удобно. При записи и хранении данных один бит может принимать значение, как нуля, так и единицы. Для его передачи достаточно одного провода.

Область применения триггеров достаточно широка. Например, при репликации сведением триггеры используются для отслеживания всех выполняемых в таблице изменений. Триггеры собирают информацию о производимых изменениях и сохраняют ее в системных таблицах поддержки репликации. Триггеры также позволяют создавать сложные значения по умолчанию, вычисляя их с помощью данных нескольких столбцов таблиц и функций Transact-SQL. Другим примером использования триггеров является обеспечение нестандартной целостности ссылок, поддержание которой обычными средствами SQL Server невозможно. Кроме того, с помощью триггеров можно выполнять каскадные изменения в нескольких связанных таблицах. Например, в таблице titles базы данных pubs можно определить триггер DELETE, который будет удалять связанные строки в таблицах titleauthor, sales и roysched. Из этих таблиц будут удалены все строки, в которых значения столбца