Логічні елементи, що застосовуються в електронно-обчислювальній техніці

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни:

“Організація та функціонування ЕОМ та систем”

2006

ЗМІСТ

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ОСНОВНІ ВУЗЛИ ЕОМ.....................................3

1 Логічні елементи............................................................................................3

2 Тригери та їхні характеристики....................................................................5

3 Регістри..........................................................................................................11

4 Лічильники....................................................................................................14

5 Перетворювачі кодів....................................................................................21

6 Суматори.......................................................................................................29

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

1 Обґрунтування розв'язку завдання..............................................................32

2 Граф-схема алгоритму..................................................................................33

3 Вказівки користувачеві.................................................................................34

4 Вказівки програмісту....................................................................................34

ВИСНОВКИ.............................................................................................................34

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.........................................................35

Додаток А.................................................................................................................36

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ОСНОВНІ ВУЗЛИ ЕОМ

1 ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ         

Логічний елемент - це електронний прилад, що реалізує одну з логічних функцій. В склад серій мікросхем, що розглядаються, входить велике число логічних елементів. На принциповій схемі логічний елемент зображають прямокутником, всередині якого ставиться зображення покажчика функції. Лінії з лівої сторони прямокутника показують входи, з правої - вихід елемента. На рисунку 1 зображені основні логічні елементи, що використовуються у цифрових приладах:

Елемент І (кон'юктор);

(a)

елемент АБО (диз’юнктор)

(б);

елемент НІ (інвертор 1)

(в).

Окрім означених існує множина логічних елементів, що виконують більш складні логічні перетворення. Ці перетворення є комбінаціями найпростіших логічних операцій. До числа таких елементів відносяться:

елемент І-НІ

елемент АБО-НІ

елемент І-АБО

елемент І-АБО-НІ

суматор за модулем 2

Рисунок 1 - Графічні позначення логічних елементів         

Суматор за модулем 2 можна виконати на логічних елементах І, АБО, НІ (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема суматора за модулем 2         

Число входів в логічних елементах різного призначення може бути різним, але входи кожного елемента рівнозначні. Деякі з них можуть при роботі в конкретних приладах не використовуватися. Входи, які не використовуються в схемах І, І-НІ з'єднують із +Uдж., а в схемах АБО, АБО-НІ, суматора за модулем 2 - із загальним проводом (0 В).         

На рисунку 3 наведені приклади умовного позначення логічних елементів різних серій.

Рисунок 3 - Приклади графічного позначення логічних елементів різних серій

2 ТРИГЕРИ ТА ЇХНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ         

Найпростішими цифровими автоматами із пам'яттю є тригери. Тригер - це прилад послідовнісного типу з двома стійкими станами рівноваги, призначений для запису і зберігання інформації. Під дією вхідних сигналів тригер може переходити з одного стійкого стану в інший. При цьому напруга на його виході стрибкоподібно змінюється.         

Як правило, тригер має два виходи - прямий та інверсний. Число входів залежить від структури і функцій, що виконуються тригером. За способом запису інформації тригери поділяють на асинхронні і синхронізовані (тактовані). В асинхронних тригерах інформація може записуватися безперервно і визначається інформаційними сигналами, діючими на входах у даний момент часу. Якщо інформація заноситься в тригер тільки в момент дії так званого синхронізуючого сигналу, то такий тригер називають синхронізованим або тактованим. Окрім інформаційних входів, синхронізовані тригери мають тактовий вхід (вхід синхронізації). В цифровій техніці прийняті такі позначення входів та виходів тригерів:

Q – прямий вихід тригера;

- інверсний вихід тригера;

S - роздільний вхід установки в одиничний стан (напруга високого рівня на прямому виході Q);

R - роздільний вхід установки в нульовий стан (напруга низького рівня на прямому виході Q);

D - інформаційний вхід (на нього подається інформація, призначена для занесення в тригер);

С - вхід синхронізації;

Т - лічильний вхід.          

Найбільше розповсюдження в цифрових приладах отримали RS-тригер з двома установчими входами, тактований D-тригер і лічильний Т-тригер. Розглянемо функціональні можливості кожного з них.         

Асинхронний RS-тригер. В залежності від логічної структури розрізняють RS-тригери з прямими і інверсними входами. Їхні схеми і умовні позначення наведені на рисунку 4. Тригери такого типу побудовані на двох логічних елементах: 2АБО-НІ - тригер з прямими входами (рисунок 4, а), 2І-НІ - тригер з інверсними входами (рисунок 4, б). Вихід кожного з елементів під'єднаний до одного з входів іншого елемента, що забезпечує тригеру два стійких стани. Наведена таблиця 1.1 істинності для кожного з цих тригерів.

Рисунок 4 - Схеми та умовні позначення RS-тригерів

aftvin

Таблиця 1 - Таблиці істинності асинхронних RS-тригерів

S | R  

0

1

0

1

0

1

0

1 | 1

0

0

1

1

0

0

1 | 0

0

0

0

1

1

1

1 | 1

1

1

1

0

0

0

0 | 0

1

0

*

0

1

1

* | 1

0

1

*

1

0

0

*  | 0

1

0

1

0

1

0

1 | 1

0

0

1

1

0

0

1 | 0

0

0

0

1

1

1

1 | 1

1

1

1

0

0

0

0 | 1

0

*

0

1

0

*

0 | 0

1

*

1

0

1

*

1         

В таблиці 1 Qt і Q't позначають рівні, які були на виході тригера до подачі на його входи так званих активних рівнів. Активним називають логічний рівень, що діє на вході логічного елемента і однозначно визначає логічний рівень вихідного сигналу (незалежно від логічних рівнів, що діють на інших входах). Для елементів АБО-НІ за активний рівень приймають високий рівень, а для елементів І-НІ - низький рівень. Рівні, подача яких на один з входів не призводить до модифікації логічного рівня на виході елемента, називають пасивними. Рівні Qt+1 і Q't+1 позначають логічні рівні на виході тригера після подачі інформації на його входи. Для тригера з прямими входами Qt+1=1 при S=1 і R=0; Qt+1=0 при S=0 і R=1; Qt+1=Qt при S=0 і R=0. При R=S=1 стан тригера буде невизначеним (*), бо під час дії інформаційних сигналів логічні рівні на виході тригера однакові Qt+1=Q't+1, а після закінчення їхньої дії тригер може рівноймовірно прийняти будь-який із стійких станів. Тому така комбінація є забороненою.         

Режим S=1, R=0 називають режимом запису 1 (бо Qt+1=1); режим S=0 і R=1 - режимом запису 0. Режим S=0, R=0 називається режимом зберігання інформації, бо інформація на виході залишається незмінною. Для тригера з інверсними входами режим запису логічної 1 реалізується при S=0, R=1, режим запису логічного 0 - при S=1, R=0. При S=R=1 забезпечується зберігання інформації. Комбінація S=R=0 є забороненою.          

Тактовий D-тригер. Він має інформаційний вихід і вхід синхронізації. Одна із можливих структурних схем однотактного D-тригера і його умовне позначення наведені на рисунку