Комбинаторные схемы Теоретическое занятие, 2 часа
Почему нельзя собрать сложный процессор из вентилей? • Даже самые первые образцы процессоров Pentium 4 имели более 40 млн. транзисторов. • Более 20 млн. вентилей НЕ-И? • Стандартный вывод: 0, 1 дюйма • Итого : микросхема будет в длину более 70 км Вывод: необходимо соединять вентили между собой, чтобы уменьшить количество выводов
Комбинаторные схемы Определение. • Логическая схема с несколькими входами и несколькими выходами, в которой выходные сигналы определяются текущими входными, называются комбинаторными • Существует несколько основных видов комбинаторных схем
Мультиплексоры • На цифровом логическом уровне n мультиплексор представляет собой схему с 2 входами, одним выходом и n линиями управления. • Активируя линию управления, можно подать сигнал с выбранного входа на выход.
Восьмивходовый мультиплексор Выход Линии управления Входы См. описание на следующем слайде
Как работает? • Три линии управления, А, В и С, кодируют 3 разрядное число, которое указывает, какая из восьми входных линий должна соединяться с вентилем ИЛИ и, следовательно, с выходом. • Вне зависимости от того, какое значение окажется на линиях управления, семь вентилей И всегда будут выдавать на выходе 0, а оставшийся может выдавать 0 или 1 в зависимости от значения выбранной линии входа. • Каждый вентиль И запускается определенной комбинацией сигналов на линиях управления. • Если в схему мультиплексора, добавить источник питания и землю, то мультиплексор можно включить в корпус с 14 выводами.
Схема мультиплексора Реализация Функции Большинства
Использовав мультиплексор, мы можем реализовать функцию большинства: • Для каждой комбинации А, В и С выбирается одна из входных линий. • Каждый вход соединяется либо с сигналом Vcc (логическая 1), либо с землей (логический 0). • Входной сигнал Dn такой же, как значение в строке n таблицы истинности. Т. к. в строках 0, 1, 2 и 4 значение функции равно 0, то входы 0, 1, 2 и 4 заземляются; в оставшихся строках значение функции равно 1, поэтому они соединяются с логической единицей. • Таким способом можно реализовать любую таблицу истинности с тремя переменными, использовав данную микросхему.
Использование мультиплексора мультиплексор может использоваться для выбора одного из нескольких входов и реализовывать таблицу истинности булевой функции. его также можно использовать в качестве преобразователя параллельного кода в последовательный. если подать 8 бит данных на входные линии, а затем поочередно переключать линии управления, чтобы получить значения от 000 до 111 (это двоичные числа), то 8 бит поступят на выходную линию последовательно. обычно такое преобразование осуществляется при вводе информации с клавиатуры, поскольку каждое нажатие клавиши определяет 7 - или 8 -разрядное число, которое должно передаваться последовательно (например, по телефонной линии).
Демультиплексор • Если соединить единственный выходной сигнал с некоторым количеством выходных, то получим ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОР • Если бинарное значение линий управления равно Х - то выбирается выход за № Х
Декодеры • Рассмотрим схему, которая получает на входе nразрядное число и использует его для того, чтобы выбрать (то есть установить в значение 1) одну из n выходных линий. 2 • Такая схема называется декодером. • Разберем работу декодера для n=3 • Чтобы понять, зачем нужен декодер, представим себе память, состоящую из 8 микросхем, каждая из которых содержит 1 Мбайт. Микросхема 0 имеет адреса от 0 до 1 Мбайт, микросхема 1 — адреса от 1 Мбайт до 2 Мбайт и т. д. • Три старших двоичных разряда адреса используются для выбора одной из восьми микросхем. • Три бита числа — это три входа А, В и С.
Декодер
Декодеры • В зависимости от входных сигналов только одна из восьми выходных линий (Do, . . . , D 7) принимает значение 1; остальные линии принимают значение 0. • Каждая выходная линия запускает одну из 8 микросхем памяти. Т. к. только одна линия =1, запустится нужная микросхема! • Принцип работы такой схемы не сложен. Каждый вентиль И имеет три входа, из которых первый — это А или А, второй — В или В, третий — С или С. Каждый вентиль запускается различной комбинацией входов.
Компараторы Еще одна часто применяемая схема — компаратор. Компаратор сравнивает два слова, которые поступают на вход. Компаратор принимает два входных сигнала, А и В, по 4 бита каждый и выдает 1, если они равны, и 0, если они не равны. Схема основывается на вентиле ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, который выдает 0, если сигналы на входе равны, и 1, если сигналы на входе не равны. Если все четыре входных слова равны, все четыре вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ должны выдавать 0. Эти четыре сигнала затем поступают в вентиль ИЛИ. Если в результате получается 0, значит, слова, поступившие на вход, равны; в противном случае они не равны. Вентиль ИЛИ используется в качестве конечного, чтобы поменять значение полученного результата: 1 означает равенство, 0 — неравенство.
Компаратор
Программируемая логическая матрица Ранее отмечалось, что любую функцию (таблицу истинности) можно представить в виде суммы произведений и, следовательно, воплотить в схеме, использовав вентили И и ИЛИ. Для вычисления сумм произведений служит так называемая программируемая логическая матрица. Эта микросхема содержит входы для 12 переменных. Дополнительные сигналы (инверсии) генерируются внутри самой микросхемы. В итоге получается всего 24 входных сигнала. Какой именно входной сигнал поступает в тот или иной вентиль И, определяется по матрице размером 24 х 50 бит. Каждая из входных линий к 50 вентилям И содержит плавкую перемычку.
Схема программируемой логической матрицы
При выпуске с завода все 1200 перемычек остаются нетронутыми. Чтобы запрограммировать матрицу, покупатель выжигает выбранные перемычки, прикладывая к схеме высокое напряжение. Выходная часть схемы состоит из шести вентилей ИЛИ, каждый из которых содержит до 50 входов, что соответствует наличию 50 выходов у вентилей И. Какие из потенциально возможных связей действительно существуют, зависит от того, как была запрограммирована матрица 50 х 6. Микросхема имеет 12 входных выводов, 6 выходных выводов, питание и землю (то есть всего 20 выводов).
Как она может использоваться? Матрица содержит три входа, четыре вентиля И, один вентиль ИЛИ и три инвертора. Если запрограммировать нашу матрицу определенным образом, она сможет вычислять ту же функцию, используя три из 12 входов, четыре из 50 вентилей И и один из 6 вентилей ИЛИ. (Четыре вентиля И должны вычислять произведения ABC, ABC и ABC; вентиль ИЛИ принимает эти 4 произведения в качестве входных данных. ) Можно сделать так, чтобы та же программируемая логическая матрица вычисляла одновременно сумму 4 -х функций одинаковой сложности. Для простых функций ограничивающим фактором является число входных переменных, для более сложных – вентили И и ИЛИ.
Скачать презентацию Комбинаторные схемы Теоретическое занятие 2 часа Почему
3. Комбинаторные схемы.ppt