Шифраторлар. Дешифраторлар

Цифлық логикалық құрылғылардың функционалдық түйіндері екіге бөлінеді: комбинациялық және тізбектелген. Комбинациялық типті функционалдық түйіндер деп шығыс сигналдары кез келген уақыттың дискретті мезетінде дәл осы кезде кірісте тұрған бірмәнді түрде логикалық сигналдармен анықталатын логикалық құрылғылар.

Цифрлық құрылғылардың тізбектелген функционалдық түйіндер құрамында міндетті жады элементтері болады. Сондықтан бұл құрылғылар жадысы бар автоматтар немесе цифрлық автоматтар (ЦА) деп аталады. Тізбектелген құрылғылардың шығыс сигналдары дәл осы уақыттағы ЦА-ң кірісіндегі сигналдармен ғана емес, сонымен қатар жады элементтерінің күйімен анықталады, ал соңғыларының күйлері алдыңғы келіп түскен кіріс сигналдарының күйіне байланысты. Сонымен, цифрлық автоматтары айнымалылардың (сигналдардың) кіріс жинағының тізбегін шығыс жинағының тізбегіне түрлендіреді. Олардың «тізбектелген құрылғылар немесес схемалар» деп аталуы осыған байланысты.

Комбинациялық құрылғылар арасында іс жүзінде кеңінен қолданылатындары типтік функционалдық түйінде: шифраторлар, дешифраторлар, мультиплексорлар, демультиплексорлар, компараторлар, кода түрлендіргіштер, бақылау схемалары, сумматорлар және т.б.

Шифраторлар.

Шифратор деп сандарды ондық санау жүйесінен екілік санау жүйесіне түрлендіретін комбинациялық құрылығыны айтамыз. Шифратор кірісіне тізбекті түрде ондық сандар мәндері меншіктеледі. Шифратор кірістерінің біріне активті логикалық сигнал берген кезде, оның шығысында белсенділенген кіріске (яғни ондық санға) сәйкес екілік кода қалыптасады.

2ⁿ кірісі және n шығысы бар шифратор толық шифратор деп аталады. Егер кіріс саны 2ⁿ-ден кем болса, ол толық емес шифратор деп аталады.

0÷9 сандары арасындағы ондық сандарды екілік санау жүйесіне түрлендіруге арналған шифраторға мысал келтірейік.

Шифратор жұмысы келесі логикалық теңдеулермен баяндалады:

y₀ = x₁ + x₃ + x₅ + x₇ + x₉,

y₁ = x₂ + x₃ + x₆ + x₇,

y₂ = x₄ + x₅ + x₆ + x₇, (4.1)

y₃ = x₈ + x₉,

Бұл өрнектер ақиқаттық кестесінің (кесте - 4.1) негізі болып табылады.

(4.1) өрнекке сәйкес келетін шифратордың шартты-графикалық белгіленуі және оның схемасы 4.1

4.1-суретте көрсетілгендей шифратордың x_о кірісі қолданылмайды.

Шифраторды кейде «кодер» деп атайды (ағылшынның coder деген сөзінен алынған) және ол пернелік басқару пультінің клавиатурасында терілген ондық сандарды екілік санау жүйесіне ауыстыру үшін қолданылады.

Кесте 4.1- 0÷9 аралығындағы сандарға араналған шифратордың ақиқаттық кестесі

а) ә)

Сурет - 4.1. Шифратордың шартты-графикалық белгіленуі (а) және оның логикалық схемасы (ә).

Кез келген пернені басқана шифратордың сәйкес кірісіне логикалық бірлік сигналы беріледі, ол шығыста екілік-ондық коданы береді. Және бұл жағдайда логикалық бірлік сигналы (6.1-кестеге қараңыз) әрбір уақыт бөлігінде белсенді болатын тек бір кіріске ғана беріледі. Мұндай бір белсенді кірісі бар шифратор екілік шифраторлар деп аталады. Екілік шифраторлардан басқа практикада приоритетті шифраторлар қолданылады. Приоритетті шифраторларда белсенді сигналдар (логикалық «1» немесе логикалық «0») бір уақытта бірнеше кіріске беріледі. Мұндай жағдайда олардың шығысында ең көп белсенді болған кірістің номеріне сәйкес екілік кода беріледі. Тек бір ғана кіріс белсенді болған жағдайда, приоритетті шифратор екілік шифратор сияқты жұмыс істейді. Приоритетті шифраторлар күрделі жұмыстарға арналған, мысалы, сұраныс көздерінен бірінші болып қызмет көрсету (қандай да бір ресурсты қолдануға) құқығын таңдау.

Приоритетті шифраторлардың шығыстарына дешифраторды жалғай отырып, шығыстар саны кірістерінің санына тең болатын үлкен бірлікті көрсеткішті іске асыруға болады. Үлкен бірлікті көрсеткіштің кірістерінде бірнеше белсенді логикалық сигналдар пайда болғанда жоғарғы сұранысқа сәйкес шығыс қана белсенді болады. Сонымен үлкен бірлікті көрсеткіштер приоритетті шифратор сияқты қызмет атқарғанымен, шығысында басқа формада екілік коданы шығарады - “m-нан1” (m<=2ⁿ). Үлкен бірлікті көрсеткіштерсқраныстарды приориттеті тұрде өңдеу құрылғыларында жылжымалы үтірлі сандардықалпына келтіру құрылғыларында қолданылады.

Дешифраторлар.

Дешифратор немесе декодер деп кірістегі n-разрядты екілік коданы шығыста “m-нан1” түріндегі кодаға түрлендіретін комбинациялық типті функционалды түйін, мұнда n және m – мүмкін болатын m шығыс сигналдарының бірі. Басқаша айтқанда кіріс сигналдарының әр бір нақты комбинациясы үшін сәйкес шығыс сигналдары мысалы логикалық «1»-ге тең нақты бір мәнді қабылдайды, ал қалғандары логикалық «0» мәнін қабылдайды. Егер дешифратордың n кірістері оның m шығыстарымен m = 2ⁿ қатынасы арқылы байланысқан болса, онда дешифратор толық деп саналады. Егер m < 2ⁿ болса, яғни дешифратор шығысында кіріс сигналдарының барлық мүмкін болатын комбинациясы іске асырылмаса – толық емес деп аталады. Мысалы, толық емес дешифратор деп екілік коданы екілік-ондық кодаға түрлендіретін 4 кірісі бар және 10 шығысы бар дешифратор аталады. Дешифратор жұмысы шифратордың ақиқаттық кестесіне сәйкес (4.1-кесте) ақиқаттық кестемен баяндалады, мұнда тек кіріс және шығыс сигналдарының орындары ауысқан.

Схемотехникалық тұрғыда дешифраторлар ЖӘНЕ (И) немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС (И-НЕ) логикалық элементтерінде (ЛЭ) іске асырылады. Соңғы жағдайда дешифратор инверсті шығысы бар дешифратор деп аталады.

Сызықты деп аталатын дешифратордың ең қарапайым схемасында әрбір шығыс функциясын іске асыру үшін жеке n-кірісті ЖӘНЕ немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтері қолданылады. ЖӘНЕ (немесе ЖӘНЕ-ЕМЕС) логикалық элементтері кірістеріне кіріс сигналдарының сәйкес комбинациялары беріледі. ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементінен тұратын сызықтық дешифратор схемасы және оның шартты-гарфикалық белгіленуі 6.2-суретте көрсетілген.

Сурет - 4.2. Инверсті шығысы бар дешифратор схемасы (а) және оның шартты графикалық белгіленуі (ә).

4.2-суреттегі дешифратор схемасында дешифратор кірісіне келіп түсетін бірфазалы (тура) сигналдардан парафазалы сигналдарды алу үшін қосымша ЖӘНЕ-ЕМЕС элементтері қолданылады. Әрбір ЖӘНЕ-ЕМЕС логикалық элементтердің шығысында m шығыс функцияларының біреуі инверсияланады. Шартты белгінің негізгі бетінде (4.2.ә-сурет) DC әріптері қойылған, бұл Decoder дегенді білдіреді. дешифратор кірістері олардың екілік салмақтарымен белгіленеді.

Дешифратор микросхемаларында әдетте стробтаушы кірістер орнатылған, оларды белсенді логикалық сигналдың орнауы жұмыс істеуге рұқсатты білдіреді. Егер 4.2.а-суреттегі дешифратор схемасында Е стробаушы кірісне логикалық 1 сигналы берілсе, дешифратордың шығыс функциялары оның кіріс сигналдарына тәуелді болмайды және оларджың бәрі логикалық 1 мәнін қабылдайды; қарсы жағдайда стробаушы сигнал E=0 дешифратор әдеттегі режимде жұмыс істейді. Мысалы, егер барлық кірістерде логикалық 0 болса, онда шығыста – логикалық 0, ал басқа шығыстарда логикалық 1 болады. Егер x2 кірісінде – логикалық 1 болса, ал басқаларында логикалық 0 болса, онда шығысында - логикалық 0, ал қалғандарында логикалық 1 және т.с.с.

Стробтаушы кірістің бар болуы қажетті жағдайда бірнеше дешифратор микросхемасы негізінде кіріс кодасының разрядтылығын өсіру мақсатында дешифраторлы бұтақ құрылымын өсіруге болады (4.3-сурет).

Кеңінен қолданыс тапқан интегралды жолмен жасалынатын дешиф-ратордың сызықтық схемасы құрамы минимальді санды ЛЭ-терден тұрады және каскадты (пирамидальді және тікбұрышты) дешифраторға қарағанда жоғары жылдамдыққа ие.

Сурет - 4.3. Дешифраторлы бұтақ схемасы.

Сызықтық дешифратордың жылдамдығы бір логикалық элемент күйінің ауысу уақытымен анықталады. Алайда, n кірістік коданың разрядтылығын көбейткен сайын логикалық элементтің кірісі де соншалықты n шамаға өсуі керек, ал логикалық элементтер схемасының кіріс сандарын үлкейту мүмкіндігі шектеулі. Үлкен n кездерінде каскадты дешифраторларды қолданған ыңғайлы, олар бірсатылы дешифраторлардан анағұрлым қарапайым болып келекді. Бірақ дешифратор құрылымындағы кез келген қарапайымдылық оның жылдамдығына кері әсерін тигізетінін ескерген жөн.

Цифрлық құрылғыларда дешифраторлар кеңінен қолданылады. Олар кез келген комбинациялық құрылғыларды: мультиплексорларды, демультиплексорларды, кода түрлендіргіштерінде және т.б. жасауда қолданылады. Жадыда сақтау құрылғыларында дешифратор көмегімен ақпаратты жазу және оқу ұяшықтарын таңдайды. Енгізу/шығару құрылғыларында дешифраторлар деректерді тасымалдайтын немесе қабылдайтын көптеген порттардың біреуін таңдауға мүмкіндік береді.

Рисунок - 4.4. Ондық цифрлардың жетісегментті индикаторы

“1 ден 2n” дешифраторымен қоса арнайы мақсаттағы дешифраторлар: кода түрлендіргіштері немесе сандарды қажетті формаға келтіргіштер болады.мысалы, арнайы дешифратор көмегімен 8421 BCD кодасын жетісегіментті кодаға түрлендіру орындалады. Мұндай дешифратор - түрлендіргіш жарық индикаторына нақты бір сегменттер жинағын таңдауға, яғни 8421 BCD (төрт битті екілік-ондық) кодада берілгенсанды ондық цифра түрінде беруге мүмкіндік береді (4.4-сурет).

Негізгі әдебиет: 2[82-123], 3 [51-82]

Қосымша әдебиет: 5[236-283], 7[305-361]

Бақылау сұрақтары:

1. Шифратор дегеніміз не?

2. Дешифратор дегеніміз не?

3. Цифлық логикалық құрылғылардың функционалдық түйіндері қаншаға бөлінеді?

4. Комбинациялық типті функционалдық түйіндер дегеніміз не?

5. Тізбектелген функционалдық түйіндер немен ерекшеленеді?