Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987), страница 6

е. мозга. Глядя в окно, мы убеждаемся, что погода плохая, и отмечаем это в уме. При этом мы размышляем о том, располагаем ли мы свободным временем. На основе этих сведений, которые мы запомнили, мы принимаем решение — следует ли выходить на улицу.

Решение, которые мы примем (ДА или НЕТ), мы также запомним. На самом деле сейчас мы произвели обработку информации, потому что значения ДА или НЕТ говорят уже нечто определен-- ное относительно входных переменных и этот факт несет те- зо Глава 1 перь определенную информацию, т. е. наше логическое решение является по существу актом обработки информации. В цифровой электронике для хранения информации также используют память, которую иногда называют электронным мозгом.

Его ячейки могут запоминать 1 или 0 (ДА или НЕТ). Запоминающее устройство, в котором можно хранить последовательности единиц и нулей, называется регистром. Регистр часто используется в качестве оперативного ЗУ для временного хранения информации. ЗУ большего объема, в котором можно хранить несколько десятков тысяч единиц и нулей, мы будем называть просто ЗУ, а в тех случаях, когда цифровые блоки, Вход данных (Лд оео Н~Т) ( Вход дон еооаыдонон (но конанде))д()) недедан)ь донные) Рис. !.!2.

Ячейка ЗУ. которые обрабатывают данные, разделены с этим ЗУ в пространстве — внешним ЗУ. На рис. 1.12 приведена схема одной ячейки ЗУ. Вход ячейки ЗУ связан с источником информации «Данные», который генерирует сигналы ДА или НЕТ (1 или О). До тех пор пока мы не даем никакой команды о приеме информации, в эту ячейку ничего не записывается. На выходе ячейки информация, которая была записана в нее ранее, появится в форме ДА или НЕТ (1 или О).

Если же мы подадим команду ДА (1) на считывающий (управляющий) вход, ячейка перейдет в новое состояние и запомнит входную информацию. Если регистр состоит только из одной ячейки, как это показано на рис. 1.12, мы говорим об одноразрядном регистре. Одноразрядные регистры находят применение в цифровой электронике для временного хранения единиц и нулей. В электронике более широко применяются многоразрядные регистры, потому что одноразрядные регистры имеют слишком малый объем памяти. Поговорим теперь о «шифрацни информации», которая позволяет представлять данную величину более подробно.

Обычно с помощью слов ДА и НЕТ мы можем описать всего лишь два логических состояния этой величины. С другой стороны, если Дискретная схемотехника и двоичное исчисление Дееятччввя цифра вз вг в! во Рис 1.13 Кодовая таблица десятичных цифр, выраженная через ДА или НЕТ. мы захотим представить один из десяти возможных символов (слов), понадобится код, состоящий не менее чем из 4 битов' !. На рис. 1.13 приведена кодовая таблица, в которой с помощью системы обозначений, использующей значения ДА и НЕТ, показаны состояния разрядов (битов) от ВО до ВЗ включительно при реализации этих символов. 0 ! 10 )0011 С помощью двоичных цифр С помощью слов Да (Д) и Нет (Н) 0101 0100 нднн нднд нддн нндд Рис. !.!4.

Кодирование десятичного числа 3634 в виде четырех групп двоичных цифр (1 или О, ДА или НЕТ), С помощью групп из 4 битов мы можем записать десятичные числа, как показано на рис. 1.14. Например, число 5634 можно записать четырьмя группами по 4 бита в каждой. Код, который фигурирует в этом примере, называется двоично-десятич- о Бит (сокращение от английских слов Ьгпагу б(н11) — двоичная цифра, переменная, принимающая одно из двух значений 0 или 1.— Прим, ред. НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ ДЛ ДА НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ ДА ДА ДА ДА НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ ДА ДА НЕТ НЕТ ДА ДА НЕТ НЕТ НЕТ ДЛ НЕТ ДЛ НЕТ ДЛ НЕТ ДА НЕТ ДА Глава 1 ным кодом (ВСР-кодомп), и о нем мы еще будем говорить ниже. В таблице на рис.

1.15 показано, как возрастают возможности кодирования, когда мы переходим от однобитового кода к двух-, трех- и четырехбитовым кодам. С помощью однобитового кода мы можем выделить одно состояние из двух, а с помощью двухбитового, трехбитового и четырехбитового — соотшетственно 1 из 4, 1 из 8 и 1 из 16. Отсюда видно, что возмож- Айаг 7йгрг во в1 во | о о о о о о г гизу — э !из4 !пз!6 йтис, 1,15.

Возможности шифрации с помощью 1, 2, 3 и 4 двоичных цифр (битов). ности кодирования возрастают как степень числа 2, потому что 2'=2, 2'=4, 2'=8 и т. д. Для хранения десятичного числа из 4 цифр нам потребуется регистр на 16 битов. Конечно, можно ограничиться и меньшим числом битов, если не сохранять разбиение на группы по 4 бита для каждой цифры десятичного числа, а выполнить прямое кодирование в двоичной (бинарной) системе. Применение двоичной системы рассмотрено в следующем разделе. В процессе обработки данных часто требуется по внешней команде сдвигать информацию, находящуюся в регистре, вправо или влево на один илн большее число битов.

На рис. 1.16 показано, как осуществляется такой сдвиг. Предположим, что регистр содержит группу битов, образующих состояние 1. Если сдвинуть все биты на один разряд вправо, то получится состояние П. Если затем снова сдвинуть все о ВС1) — сокращение от английского словосочетания В!пагу — Собед— Рес!ша!. — Прил. перев. с Дискретная сяемотекника и двоичное исчисление биты на один разряд влево, то получится состояние 111, которое идентично состоянию 1. Бит, который выдвинулся из самого правого квадрата состояния 1, снова появляется в самом левом квадрате регистра (состояние 11), так что никакой потери информации здесь не произойдет. Аналогичным образом, бит, выдвинутый из самого левого квадрата, будет перемещен в самый правый квадрат (т.

е. в ячейку) регистра. Подобный про- — б-рпгрядпота регпетпр Спеппяпае1 Псдпг бпрагп — б'-рагрядпста регаептр оагетПЯПЕЕП о"Пгаг бпебп — б-рагря енота регпапр СпептпяппеХ Рис. 1.16. Сдвиги битов в регистре. цесс называется циклическим сдвигом. Если необходимо, выдвинутые наружу биты можно вообще удалить из регистра, т. е, сдвинуть их безвозвратно. Это соответствует случаю, когда нарушается связь между самым старшим (наиболее значимым) и самым младшим (наименее значимым) битами. Операции сдвига позволяют ввести в регистр информацию, которая поступает на вход в виде набора битов, которые следуют во времени один за другим (т. е.

последовательно). Такие наборы битов поступают обычно в регистр только через одну информационную линию. Возможна ситуация, когда все биты поступают в регистр одновременно (т. е. параллельно). Вэтом случае число информационных линий равно числу битов. Регистры также могут обеспечивать как последовательную, так и параллельную обработку информации.

Например, при считывании информации можно применять оба типа обработки. На рис. 1.17 показаны различные операции, которым подвергается информация в обоих случаях. Чаще всего регистры воз- Глава 1 вращаются в исходное состояние с помощью внешней команды, которая называется «сброс на нуль». Эта команда переводит одновременно все биты данного регистра в состояние «0». 1 б. Сложные функции В повседневной жизни наряду с основными (базовыми) логическими функциями типа И, ИЛИ, НЕ мы часто используем также и более сложные функции, которые являются комбинациями базовых.

Две такие функции мы уже упоминали в предыдущих разделах. функция выборки (селекции) позволяет нам выбрать Параллельной еда 7 Пссеедадаг Едад Пссеедодаж Еь7дод Посеедсдаеь дьсдод Посеедодооь ддод додав дассо дддагдарадо Паранеееьньга' Еыдод Рнс, 1.!7. Регистр с последовательными и параллельными вводом и выводом. один вариант из некоторого набора возможных вариантов.

Например, в обувном магазине мы выбираем для себя обувь, руководствуясь определенными критериями типа времени года, размера, цвета обуви и т. д. Вторая функция — функция кодирования — позволяет нам представить наши идеи, например, в виде письменного текста, который можно затем прочитать с помощью функции дешифрации. Бумага выполняет здесь роль запоминающей среды. Пример функции выборки приведен на рис. 1.18. С помощью выборочных переменных 51 и 52 мы можем производить селекцию данных по информационным входам РАТА 1 и РАТА2.

Как происходит выборка, можно понять из следующих примеров. Рассмотрим случай, когда на вход 51 поступает сигнал 1, а на вход 52 — О, при этом вся информация из канала РАТА 1 проходит без изменений на выход. Таблица истинности функции И приведена в середине рисунка и из нее следует, что соответствующий селектор И-А действительно будет выбирать данные из канала РАТА 1, если 51 равно 1.

Во всех случаях, когда РАТА 1=0 и 51=1, выходное значение функции И согласно таблице истинности будет равно О. Если РАТА 1=1 и 51=1, то выход И равен 1. Мы видим, что при 51=1 данный ллискретнан схемотехника и двоичное исчисление Функцв Ирй "Г алрзуьтат д 1 ПЯТЯ! Вьтдронр д — ПЯТЯ2 Вьтдранр ПЯ Т6 г и ПЯТИ 2 Рис. и!8. Функция выборки (селекции). выход будет повторять информацию (О или 1), поступающую на вход РАТА 1. В таблице истинности эти два состояния указаны стрелками с надписью «выбрано». Если селектирующий вход 52 имеет значение О, то для нижней схемы И-В таблица истинности дает значения, указанные стрелками с надписью «выборки нет». Из таблицы также следует, что в обоих состояниях на выходе И-В появится О.

Таким образом, функция И-В не передает никакой информации. Если теперь изменить полярность селектирующих входов, т. е. пусть 52=1 н 31=0, то по информационной линии РАТА 2 произойдет выборка. Присоединим выходы обоих блоков И-А и И.В ко входу блока ИЛИ, таблица истинности которой приведена в правом верхнем углу рис. 1.18. Видно, что когда один из входов (Е| или Е,) равен 1, выход ИЛИ также становится равным 1. Нуль на выходе ИЛИ появляется при Е1 Ее=О. За счет выборки с помощью функций И-А и И-В од- Глава 1 на из переменных 1Е, или Е,) будет всегда равна О. Другая переменная при этом изменяется в зависимости от информации РАТА, которая поступает на соответствующие входы РАТА 1 и РАТА 2. Таким образом, более сложная функция выборки действительно является комбинацией основных (базовых) функ.

ций И и ИЛИ. Гади,аа,тааиаааа рубаи Рис. 1.19. Дешифратор двоичного кода. а — обращение в виде функции НИ; б — обращение в виде инакое отрицании перед со- ответствующими входами. Другим примером более сложной функции является дешифратор, схема которого приведена на рис. 1.19. Входные переменные А и В могут, как следует из таблицы значений функции, образовывать различные двоичные конфигурации. С двумя битами можно получить четыре конфигурации. Эти конфигура. ции приводятся повторно там, где входные линии разветвляются в сторону соответствующих функций И. Самая верхняя функция И дает 1, если А=В=О.