2.2 Логічні елементи
Логічні елементи — елементарні пристрої цифрової техніки, призначені для реалізації елементарних операцій над логічними змінними. Для реалізації операцій над логічними змінними, що можуть мати тільки два значення 0 і l, застосовують технічні пристрої, які можуть знаходитися в одному з двох станів. Такими технічними пристроями є різного роду ключові елементи, що можуть перебувати в одному з двох станів: увімкнено й вимкнено.
Ключові елементи можуть мати різну фізичну природу: пневматичний ключовий елемент — клапан на пневмопроводі, що може знаходитися у двох станах — закритому й відкритому, гідравлічний ключовий елемент — клапан на трубопроводі з рідиною, який також може бути або відкритий, або закритий. Відомі пристрої, що виконують доволі складні логічні операції, побудовані на основі пневматичних ключових елементів.
Однак найбільшого поширення набули логічні пристрої на основі електричних ключових елементів. Електричний ключ може бути механічної дії, коли електричне коло замикається чи розмикається вручну за допомогою електричного вимикача чи кнопки. Електричний ключ механічної дії застосовується для реалізації найпростіших логічних функцій на передніх панелях електричних пристроїв і вимірювальних приладів, задаючи різноманітні режими їх роботи.
Досконалішим електричним ключем є електромагнітне реле. До винайдення і широкого застосування електронних ключових елементів електромагнітні реле були основним елементом для реалізації пристроїв обробки цифрової інформації.
Види електронних логічних елементів
У наш час для реалізації логічних функції і операцій застосовуються пристрої, що побудовані на основі електронних ключових елементів: біполярних і польових транзисторах, які працюють у ключовому режимі.
Логічні змінні і функції можуть мати, як відомо, лише два значення — 0 і 1. У технічних пристроях значення логічного 0 реалізується рівнем напруги від 0 В до 0,8 В, а значення логічної 1 — рівнем напруги 2,4 ... 5 В.
Логічні елементи, що реалізують елементарні логічні операції.
Логічний елемент НІ (логічний інвертор). Логічний елемент НІ реалізує елементарну логічну операцію (функцію) заперечення, таблицею істинності якої є таблиця.
-
-
-
-
-
х
|
|
0
|
1
|
1
|
0
|
Логічний елемент НІ будує основі біполярного, або уніполярного (польового) транзистора, що працює в ключовому режимі. Ключовий режим транзистора характеризується тим, що транзистор знаходиться у одному з двох станів: стані насичення або стані відсікання. Перехід з одного стану в інший здійснюється стрибком.
Логічний елемент І. Логічний елемент І умовне графічне позначення якого згідно державними стандартами наведено на малюнку, реалізує елементарну логічну операцію кон'юнкції або логічного множення. Логічний елемент І реалізується на послідовно ввімкнених ключах.
Вихідний сигнал послідовно ввімкнених ключів, що відповідає логічний 1, буде тільки в тому разі, якщо на обидва ключі подати сигнал, що відповідають рівню логічної 1 і вони обидва перейдуть у замкнений стан. Якщо хоч на один з ключів не подати сигнал, що відповідає логічній 1, то він залишиться у розімкненому стані, і вихідний сигнал дорівнюватиме рівню логічного 0.
Логічний елемент АБО. Логічний елемент АБО, умовне графічне позначення якого згідно з державними стандартами наведено на рисунку, реалізує елементарну логічну операцію диз'юнкції або логічного додавання. Логічний елемент АБО реалізується на паралельно ввімкнених ключах.
Вихідний сигнал паралельно ввімкнених ключів, що відповідає логічному 0, буде тільки в тому випадку, якщо на обидва ключі подати сигнали, що відповідають рівню логічного 0, і вони обидва будуть розімкненими, і вихідний сигнал елемента дорівнюватиме рівню логічного 0. Якщо на один з ключів або на обидва разом подати сигнал, що відповідає логічній 1, то він замикається і на виході елемента встановиться рівень сигналу, що Дорівнює логічній 1.
Мікросхеми логічних елементів
Логічні елементи реалізуються у вигляді мікросхем, що виготовляються на кристалах кремнію за допомогою новітніх високоефективних технологій.
Мікросхеми логічних елементів характеризуються рядом параметрів.
Швидкодія. Швидкодія логічного елемента визначається середньою затримкою сигналу, яка обчислюється як середнє арифметичне затримок увімкнення й вимкнення елемента.
Споживана потужність. Споживана потужність визначається як середня арифметична потужність, що споживається логічним елементом в увімкненому й вимкненому станах.
Коефіцієнт об'єднання за входами. Коефіцієнт об'єднання за входом — це максимальна кількість входів, яку може мати логічний елемент.
Коефіцієнт розгалуження за виходами. Коефіцієнт розгалуження за виходами або навантажувальна здатність визначається кількістю входів логічних елементів такого ж типу, які можуть бути приєднаними до виходу даної мікросхеми без порушення її працездатності.
Завадостійкість.
Надійність.
Ступінь інтеграції.
Цифрові комбінаційні пристрої
Цифровими комбінаційними пристроями називаються електронні пристрої, які реалізують логічні функції, і вихідний сигнал який залежить тільки від сигналів на входах цього пристрою в даний момент часу. Цифрові комбінаційні пристрої використовуються як складові частини комп'ютерів, контролерів та інших цифрових пристроїв.
Шифратори. Шифратори використовуються у системах переривання комп'ютерів, цифрових пристроях автоматичного керування, цифрових вимірювальних пристроях. Шифратори призначені для перетворення числа в одиничній позиційній системі числення у двійкове число.
Дешифратори. Дешифратори застосовуються у пристроях керування центрального процесора, у системах електронної пам'яті для операцій з адресами, у цифрових контролерах тощо. Дешифратори призначені для перетворення чисел із двійкової системи числення в одиничну позиційну систему числення.
Перетворювачі кодів. Шифратори й дешифратори є частковими випадками більш загального класу комбінаційних цифрових пристроїв перетворювачів кодів. До перетворювачів кодів належить перетворювач двійкового позиційного коду в код семи сегментного індикатора, який застосовується для відображення десяткових цифр у калькуляторах та інших цифрових пристроях обробки інформації.
Мультиплексори. Мультиплексор призначено для підключенння на вхід каналу передачі інформації одного з вхідних сигналів.
Демультиплексори. У деяких цифрових пристроях необхідно здійснювати операцію, обернену мультиплексуванню, тобто демультиплексування сигналів. Ця операція полягає у підключенні одного сигналу на вхід одного з каналів передачі інформації.
Комбінаційні пристрої для зсуву даних. Зсув даних широко застосовується у різноманітних цифрових пристроях. Операцію зсуву на один розряд можна виконувати на регістрах зсуву. Якщо ж потрібно зсунути число на довільну кількість розрядів у довільному напрямі, то таку операцію доцільно виконувати за допомогою комбінаційних пристроїв зсуву на мультиплексорах.
Суматори. Суматори призначені для додавання двійкових чисел.
Тригери
Тригер — це елементарний пристрій зі зворотними зв'язками. Тригер має два стійкі стани і може знаходитися в одному з них як завгодно довго. Переведення тригера з одного стану в інший здійснюється вхідними логічними сигналами. Одному стійкому стану відповідає логічна 1, а іншому — логічний 0. Таким чином, тригер може використовуватися для збереження однієї одиниці інформації — біта.
Регістри
Регістри — це електронні пристрої, побудовані на основі тригерів і призначені для прийому, зберігання, перетворення і передачі інформації у формі двійкових чисел. Розрядність регістра визначається кількістю тригерів, що входять до його складу, а отже, і кількістю розрядів двійкового числа, яке може зберігати регістр. Другою важливою характеристикою регістрів є їх швидкодія, яка визначається швидкодією тригерів, що входять до складу регістрів.
Залежно від способу прийому й передачі інформації в двійковій формі регістри можуть поділятися на послідовні, паралельній універсальні.
|