Логические функциональные узлы ЭВМ. Классификация, функциональное назначение. Шифраторы, дешифраторы, компараторы

Источник: П. Хоровиц, У.Хилл, Искусство схемотехники. Книга 1.

Сущность цифровой электроники состоит в том, чтобы в соответствии с входными цифровыми сигналами вырабатывать выходные цифровые сигналы. Во всех задачах в которых состояние выхода (или выходов) является предопределенной функцией состояния входа или входов называются «комбинационными» и могут быть решены с помощью вентелей – устройств, которые выполняют операции булевой алгебры в системах с двумя состояниями (двоичных).

Существует другой класс задач, которые не могут быть решены лишь путем формирования комбинационных функций текущих значений входных сигналов, а требует знания их прежнего состояния. Для решения этих задач требуется применять «последовательные» схемы. К типичным задачам такого типа относится преобразование строки двоичных разрядов из последовательной формы (один разряд следует за другим во времени) в параллельную группу разрядов, подсчет числа единиц, распознавание заданной определенной кодовой комбинации в последовательности битов и др. Для решения всех этих задач требуется иметь в какой-либо форме цифровую память. Основным устройством для ее построения служит триггер (или мультивибратор с двумя устойчивыми состояниями).

Начнем рассмотрение с вентелей и комбинационной логики, поскольку они служат основой для построения любых цифровых схем. При переходе к последовательным логическим устройствам мир цифровой техники станет значительно более интересным, однако и вентили сами по себе также весьма любопытны.

Вентель ИЛИ.

Выход вентеля ИЛИ имеет ВЫСОКИЙ уровень, если ВЫСОКИЙ уровень присутствует хотя бы на одном из его входов.

В общем случае число входов не ограничено, однако в стандартном корпусе микросхемы обычно размещаются четыре 2-входовых вентеля, три 3-входовых или два 4-входовых. Так, например, на выходе 4-входового вентиля ИЛИ ВЫСОКИЙ уровень будет присутствовать в том случае, если он будет подан на любой из его входов.

Для обозначения операции ИЛИ в булевой алгебре используется символ +. Функция «А ИЛИ В» записывается как А+В.

Вентиль И

Выход вентиля И имеет ВЫСОКИЙ уровень только в том случае, если ВЫСОКИЙ уровень присутствует на обоих его входах.

Выпускаемые промышленностью вентили И, так же как и вентили ИЛИ, могут иметь 3, 4, а иногда и большее число входов. Так, например, 8-входовый вентель И вырабатывает на выходе ВЫСОКИЙ уровень только в том случае, если ВЫСОКИЙ уровень действует на всех его входах.

Для обозначения операции И в булевой алгебре используется точка (×), которая может быть опущена; функция «А И В» записывается как А×В, или прости АВ.

Инвертор (функция НЕ)

Часто бывает нужно получить дополнение (инверсию) логического сигнала. Эту функцию выполняет инвертор-вентиль, имеющий только один вход.

Для обозначения операции НЕ в булевой алгебре используется черта над символом, а иногда апостроф; «НЕ А» записывается как A’.

И-НЕ и ИЛИ-НЕ

Вентили могут совмещать инвертирование с выполнением функции И и ИЛИ. Такие вентили имеют более широкое распространение, чем просто И и ИЛИ.

И-НЕ

ИЛИ-НЕ

Исключающее ИЛИ

Существенный интерес представление логическая функция «Исключающее ИЛИ», хотя она и не относится к числу основных. На выходе ветиля «Исключающего ИЛИ» ВЫСОКИЙ уровень действует на выходе тогда, когда входы имеют различное состояние. Этот вентиль может иметь только два входа. Операция «Исключающее ИЛИ» идентична сложению 2 бит по модулю 2.