Общие сведения. Цифровыми называются устройства, в которых обрабатываемая информация имеет вид электрических сигналов с ограниченным множеством дискретных значений

Цифровыми называются устройства, в которых обрабатываемая информация имеет вид электрических сигналов с ограниченным множеством дискретных значений. В настоящее время в цифровых системах наибольшее распространение получили цифровые уст­ройства, работающие с двоичным кодированием информации. Электрические сигналы в таких системах обычно имеют вид прямоугольных импульсов, характеризуемых двумя значениями уровней, высоким и низким.

Teopетической основой проектирования цифровых систем яв­ляется алгебра логики или булева алгебра (по имени ее основоположника Д. Буля). В алгебре логики переменные величины и функции oт них могут принимать только два значения 0 и 1 и называются логическими переменными и логическими функциями. Устройства, реализующие логические функции, называются логическими или цифровыми.

Цифровые устройства имеют принципиальные схемотехнические отличия от аналоговых ycтройств, обусловленные следующими факторами: менее жесткими требованиями к точности, стабильности параметров и характеристик элементов; возможностью синтеза систем любой сложности с помощью ограниченного набора базовых логических элементов и элементов памяти; возможностью сопряжения функциональных узлов без специальных согласующих элементов (благодаря использованию гальванической связи между функциональными узлами); простотой расширения функциональных возможностей путем набора требуемых сочетаний интегральных микросхем.

Различают два основных класса цифровых устройств; комбинационные устройства и последовательностные автоматы. В комбинационных устройствах определенному сочетанию входных сигналов (набору) соответствует определенный выходной сигал. Они, как правило, не обладают памятью. В последовательностных автоматах такая однозначность отсутствует. В них выходной сигнал зависит от совокупности входных сигналов, как в текущий, так и в предыдущие моменты времени. Эти автоматы обладают памятью.

В комбинационных устройствах наиболее широкое применение находят такие цифровые устройства, как сумматоры, дешифраторы и преобразователи кодов. В последовательностных автоматах широко используются цифровые устройства с двумя устойчивыми состояниями — тригге­ры. На их основе строят регистры, счетчики, схемы памяти.

По способу соединений элементов цифровые устройства делят­ся на два типа: на устройства со статическими (потенциальны­ми) связями между элементами и устройствами с динамическими (импульсными и импульсно-потенциальными) связями между эле­ментами. Учитывая широкое распространение в интегральной схе­мотехнике элементов с потенциальными связями, в дальнейшем будем ориентироваться только на элементы этого класса.