Функциональные схемы элементов памяти компьютера

Функциональные схемы элементов памяти компьютера

ЗНАТЬ

Рассмотрим работу триггеров - автоматических устройств, обеспечивающих запоминание и хранение двоичных кодов в автоматических и вычислительных машинах. Их функционирование также основано на использовании логических элементов и законов алгебры логики.

Триггер (от англ. trigger – "защелка", "спусковой крючок") имеет два устойчивых состояния, в каждом из которых он может находиться до тех пор, пока под действием внешнего сигнала (на входе) не будет переведен в другое устойчивое состояние.

Механическим аналогом триггера является обычный выключатель или тумблер, который может находиться только в двух положениях - включенном и выключенном.

Рассмотрим работу двух типов триггеров: RS-триггера и Т-триггера, имеющих широкое применение в ЭВМ.

RS - триггер

Простейший RS-триггер состоит из элементов И и НЕ, входы и выходы которых соединены кольцом: выход первого соединен со входом второго и выход второго - со входом первого. При этом получается устройство с двумя устойчивыми состояниями. Один вход обозначается буквой S от английского слова set, означающего "установка", а другой - буквой R от английского слова reset - "переустановка" или "сброс".

Принцип работы RS-триггера иллюстрирует его таблица истинности.

Логические нули на обоих входах триггера означает, что ячейка не находится под напряжением, электропитание отсутствует – устройство выключено.

При S = R = 1 – на обоих входах есть напряжение – триггер находится в стабильном состоянии, то есть на выходах Q и сохраняются прежние уровни сигнала – это режим хранения.

При S=0 и R=1 (на краткое время снимается напряжения с входа S) на выходе Q устанавливается уровень логической 1, а на инверсном ему выходе - значение «0». В этом случае говорят, что триггер установлен в состояние 1.

При S=1 и R=0 (на краткое время снимается напряжения с входа S) происходит сброс сигнала на выходе Q к уровню логического нуля. Говорят, что триггер установлен в состояние 0. На инверсном выходе будет при этом значение «1».

RS-триггеры являются основными элементами ячеек оперативной памяти.

Триггер "запоминает" один разряд двоичного числа. Для запоминания и демонстрации n - разрядного двоичного числа необходимо n триггеров, которые называются n - разрядным регистром.

Например, для запоминания одного байта потребуется 8 триггеров. Оперативная память и счётчики ЭВМ обычно конструируется в виде набора регистров. Как правило, один регистр образует одну ячейку памяти, которая имеет свой номер.

Т-триггер

Рис. Условное обозначение Т-триггера

Т-триггер получил название от английского слова tumble - "опрокидываться" или "кувыркаться", от этого же слова происходит название "тумблер". Т-триггер называют также счетным триггером, так как он используется в основном для подсчета поступивших сигналов (импульсов).

Т-триггер имеет один счетный вход, обозначаемый буквой Т, и два выхода - прямой Q и инверсный . Под действием сигналов, поступающих на вход, триггер меняет свое состояние с «0» на «1» и наоборот. Число «перебрасываний» точно соответствует числу поступивших сигналов.

Если последовательно соединить несколько Т-триггеров, то получится электронный счетчик.

Рис. Схема 4-разрядного счётчика в начальном (нулевом) состоянии

При поступлении первого сигнала (импульса) значение выхода Q нулевого (крайнего правого) триггера меняется на противоположное и становится равным «1». Регистр принимает значение «0001», что соответствует 1₂. Значение инверсного выхода равно нулю – дальше сигнал не идёт.

Рис. Состояние «0001» счётчика после первого сигнала

Поступает второй сигнал. Значение выхода Q нулевого триггера меняется на противоположное и становится равным «0». На выходе устанавливается «1», которая является сигналом на входе следующего триггера, который, в свою очередь, меняет значение выхода Q на противоположное, то есть на «1». Регистр принимает значение «0010», что соответствует 2₂. На выходе - «0» - сигнал дальше не идёт. И так далее. В регистре счётчика будет отображаться число поступивших сигналов, представленное в двоичной системе счисления.

Сумматоры и триггеры – основные конструктивные элементы процессора и регистров памяти. Но компьютер – совокупность многих устройств, каждое из которых «отвечает» за свой участок работы. При вводе/выводе, например, не обойтись без шифраторов и дешифраторов, преобразующих десятичные числа в двоичные коды и обратно. Они также конструируются из логических элементов. И вообще, современный компьютер – это сложная система, состоящая из миллионов и миллионов логических элементов, которые в совокупности и наделяют компьютер способностью «думать». Именно логические элементы, работающие как единая система, обеспечивают выполнение всех программ, которые нужны пользователю для решения его профессиональных и личных задач.

ЗНАТЬ

Триггер - устройство, которое может хранить значения «0» и «1» и демонстрировать их.

Сигнал, поступивший на вход триггера, меняет состояние его выходов на противоположное.

N-разрядный регистр – совокупность n триггеров, объединённых в ячейку памяти для хранения одного n-разрядного двоичного кода.

Оперативная память – электронная схема, основными конструктивными элементами которой являются RS-триггеры.

Счётчик команд процессора и другие счётчики импульсов обычно конструируются из Т-триггеров.

Компьютер – это сложная система, состоящая из миллионов логических элементов, работающих как единая система и обеспечивающих выполнение всех программ.

УМЕТЬ

Объясните работу RS-триггера по его функциональной схеме для разных допустимых значений сигналов на его входах. Можно ли считать RS-триггер конечным автоматом с памятью?

Разберите работу регистра счётчика для 10 поступивших сигналов (импульсов).

Десятично-двоичный шифратор предназначен для преобразования десятичных цифр в двоичный код. На рисунке представлен фрагмент функциональной схемы шифратора. Дополните его в соответствие с таблицей истинности.

Постройте функциональную схему дешифратора в соответствии с таблицей истинности

5