Основы построения

Основы построения вычислительных систем Тема 7 Типовые узлы вычислительных систем. Триггеры Гайкова Любовь Вадимовна Лекция 5 1

План лекции 1. Основные элементы ФС типовых узлов и устройств компьютера 2. Триггеры. Общая форма представления триггера 3. Основные понятия триггерных схем 4. Триггеры. Основные принципы работы 5. Основные типы схем триггеров 2

Основные Конечные автоматы и элементы ФС типовых узлы и устройства ВС узлов У счетчики сумматоры З регистры Л Ы У С з дешифраторы а Т б и Р О с Й мультиплексоры С Т В А 3 Цифровые автоматы или конечные автоматы

Основные элементы ФС типовых узлов Классификация ФС степень сложности простые- хранение сложные – до одного бита сохраняется информации группа битов основные элементы триггеры узлы устройства ВС 4

Основные Триггеры. Определение элементы ФС типовых узлов Триггер – простая электронная схема для надежного запоминания одного разряда двоичного кода или 1 бита. Схема имеет два устойчивых состояния: 0 и 1 0 1 Триггер (flip-flop) – способность электронной схемы почти мгновенно переходить ( «перебрасываться» ) из одного электрического состояния в другое и наоборот 5

Основные элементы ФС Тактовые генераторы типовых узлов Во многих цифровых схемах все зависит от порядка, в котором выполняются действия Иногда одно действие должно предшествовать другому, иногда два действия должны происходить одновременно Для контроля временных отношений в цифровые схемы встраиваются тактовые генераторы, чтобы обеспечить синхронизацию 6

Основные элементы ФС Тактовые генераторы типовых узлов Схема, вызывающая одинаковые по длительности импульсы Время между окончанием одного импульса и началом другого – машинный такт (временные такты). Длительность временных тактов – одинакова для всех импульсов Частота импульсов обычно от 1 до 500 МГц, что соответствует времени такта от 1000 нс до 2 нс 7

Основные элементы ФС Тактовые генераторы типовых узлов В компьютере за время одного такта происходит много событий. Если Порождается вторичный они должны осуществляться в сигнал (С 1) тактового определенном порядке, то такт генератора, который сдвинут следует разделить на подтакты по фазе относительно первичного (С 2) Для лучшего разрешения, чем у основного тактового генератора, делается ответвление от задающей линии тактового генератора и вставляется схема с определенным временем задержки 8

Основные Схема прохождения элементы ФС типовых импульсов узлов дискретного события Нарастающий Задний фронт С 1 Стандартно временная диаграмма обеспечивает четыре начала отсчета времени Нарастающий Задний фронт С 2 9

Основные Функции задания временных элементы ФС типовых диаграмм узлов Временная диаграмма может быть В некоторых схемах задана конъюнкцией важными являются сигналов С 1 и С 2 в временные интервалы, а не виде: дискретные моменты времени. Например, некоторое событие может происходить в любое время, когда уровень импульса С 1 высокий, а не на нарастающем фронте. Другое событие может происходить только в том случае, когда уровень импульса С 2 высокий 10

Основные элементы ФС Тактовые генераторы. типовых узлов Классификация синхронные асинхронные в схему добавляют схема специальный тактовый срабатывает без вход, который заставляет сигнала схему срабатывать в точно синхронизации определенные моменты времени 11

Форма Триггеры. Общая форма представления триггеров представления триггера TT T S x 1 C x 2 R 12

Форма представления триггеров Это важно: 1. Триггер является двухстабильным 2. Триггер имеет два элементом. При выхода, сигналы на отсутствии сигналов на которых всегда входах любой триггер взаимно инверсны пребывает в одном из двух состояний и остается в нем сколь угодно долго Триггер является элементарной ячейкой следовательно емкостью 1 бит 13

Основные понятия Классификация триггерных схем триггеров Синхронизируемый триггер – Несинхронизируемый триггер, в который с одного – триггер, занесение входа информация заносится информации в который с принудительно под любого входа производится воздействием без синхронизирующего сигнала. Синхронизируемые триггеры Такие триггеры называются также асинхронными 14

Основные Однотактный понятия триггерных синхронный триггер схем S T Синхронный x 1 однотактный триггер с дополнительными C входами S и R асинхронной установки x 2 R 15

Основные Двухтактный понятия триггерных синхронный триггер схем S TТ Синхронный x 1 двухтактный триггер с дополнительными C входами S и R асинхронной установки с x 2 отрицательным сигналом синхронизации R 16

Основные понятия Входы триггерных схем триггерных схем S – вход установки триггера в "1" (Set – установка) R – вход установки триггера в "0" (Reset – сброс) Обозначения входов триггера T – вход триггера со счетным входом (Toggle – релаксатор) D – вход установки триггера в состояние "0" или "1" с временной задержкой на t = 1 такту (Delay – задержка) 17

Основные понятия Входы триггерных схем триггерных схем K – вход для синхронной установки состояния "0" в JK-триггере (Kill – внезапное выключение) Обозначения С – вход сигнала синхронизации входов (Clock – часы) триггера J – вход для синхронной установки состояния "1" в JK-триггере (Jerk – внезапное включение) 18

Основные принципы Триггеры. Основные работы триггеров принципы работы x 1 1 0 1 x 2 Схема простого триггера 19

Основные Триггеры. Основные принципы работы принципы работы триггеров x 1 1 1 0 0 x 2 1 0 Исходное состояние триггера: х1=1; х2=1 Значение текущего выходного сигнала Q неизвестно 20

Основные принципы Триггеры. Основные работы триггеров принципы работы x 1 1 1 1 0 1 0 x 2 1 0 Состояние сохранилось!! Исходное состояние триггера: х1=1; х2=1 Значение текущего выходного сигнала Q=1 21

Основные принципы Триггеры. Основные работы триггеров принципы работы x 1 1 1 1 x 2 0 1 Состояние сохранилось!! Исходное состояние триггера: х1=1; х2=0 Значение текущего выходного сигнала Q=1 22

Основные Триггеры. Основные принципы работы принципы работы триггеров x 1 0 0 0 0 x 2 1 0 Исходное состояние триггера: х1=0; х2=1. Значение текущего выходного сигнала Q неизвестно 23

Основные принципы Триггеры. Основные работы триггеров принципы работы x 1 0 0 0 0 x 2 1 0 Состояние сохранилось!! Исходное состояние триггера: х1=0; х2=1 Значение текущего выходного сигнала Q=0 24

Основные принципы Триггеры. Основные работы триггеров принципы работы x 1 0 0 0 1 x 2 0 1 Состояние сохранилось!! Исходное состояние триггера: х1=0; х2=0 Значение текущего выходного сигнала Q=0 25

Основные Асинхронный RS-триггер на типы схем триггеров элементах ИЛИ-НЕ Таблица переходов R S Q Примечание 1 0 0 Q Хранение 0 1 1 Установка 1 0 0 Установка 0 1 1 - Запрещено T Функциональная Условное схема обозначение 26

Основные параметры типы схем триггеров асинхронного RS-триггера Вход Reset – Выход Схема является двухстабильной сбросить прямой Положительные обратные связи 1 Вход Set – установить Выход инверсный 27

Основные Асинхронный RS-триггер на типы схем триггеров элементах ИЛИ-НЕ 1 1 1 Более подробная схема представления триггера 28

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы 0 1 1 0 0 Х 1 Р Состояние А сохранилось!! Н Е 0 1 0 1 1 Н 0 И Е Исходное состояние триггера: R=0; S=0 Значение выходного прямого сигнала Q=0; инверсного сигнала Q =1 Совпало с таблицей переходов 29

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы 0 1 1 Х 0 Р Состояние А сохранилось!! Н Е 1 1 1 0 0 Н 0 И Е Исходное состояние триггера: R=0; S=0 Значение выходного прямого сигнала Q=1; инверсного сигнала Q =0 Совпало с таблицей переходов 30

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы У 0 С 1 0 1 1 Т 0 А Состояние Н сохранилось!! О В 1 1 1 0 0 К 1 А Исходное состояние триггера: R=0; S=1 1 Значение выходного прямого сигнала Q=1; инверсного сигнала Q =0 Совпало с таблицей переходов 31

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы З 0 А 1 0 0 П Р Состояние изменилось!! Е Щ 0 Е 1 1 0 1 1 Н О Исходное состояние триггера: R=0; S=1 Значение выходного прямого сигнала Q=0; инверсного сигнала Q =1 32

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы У 1 С 1 1 0 0 Т 1 А Состояние Н сохранилось!! О В 0 1 0 1 1 К 0 А Исходное состояние триггера: R=1; S=0 0 Значение выходного прямого сигнала Q=0; инверсного сигнала Q =1 Совпало с таблицей переходов 33

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы З 1 А 1 1 0 Состояние П изменилось!! Р Состояние Е сохранилось!! Щ 1 Е 1 1 0 0 0 Н О Исходное состояние триггера: R=1; S=0 Значение выходного прямого сигнала Q=1; инверсного сигнала Q =0 34

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы З 1 А 1 1 0 0 0 Состояние П сохранилось!! Р Состояние Е изменилось!! Щ 0 Е 1 1 0 1 1 Н О Исходное состояние триггера: R=1; S=1 Значение выходного прямого сигнала Q=0; инверсного сигнала Q =1 Совпало с таблицей переходов 35

Основные Асинхронный RS-триггер. типы схем триггеров Основные принципы работы З 1 А 1 1 0 Состояние П изменилось!! Р Состояние Е сохранилось!! Щ 1 Е 1 1 0 0 1 Н О Исходное состояние триггера: R=1; S=1 Значение выходного прямого сигнала Q=1; инверсного сигнала Q =0 Совпало с таблицей переходов 36

Основные Асинхронные RS-триггеры. типы схем триггеров Общий вывод 1. Рассмотренный тип 2. Но работа большинства триггера называется цифровых устройств асинхронным потому, что синхронизируется тактовыми после воздействия на него импульсами, и схемы по R- или S-входам строятся таким образом, чтобы следует немедленное (без изменение состояния любой учета переходных из них происходило процессов, т. е. без синхронно с поступлением сигнала синхронизации) очередного импульса. Это изменение его состояния положение нашло свое применение в синхронизируемых триггерах 37

Синхронный RS-триггер на элементах И-НЕ T Условное & обозначение 1 3 Таблица переходов & R S Q Примечание & 4 2 0 0 Q Хранение 0 1 1 Установка 1 Функциональная схема 1 0 0 Установка 0 1 1 - Запрещено 38

Основные типы схем Синхронный однотактный триггеров RS-триггер на элементах И-НЕ Изменяет свое состояние в момент поступления тактового импульса на вход С В такой схеме сигналы R и S проходят на входы вентилей И-НЕ только при наличии сигнала С = 1 Работу триггера рассмотреть самостоятельно 39

Основные типы схем Синхронный двухтактный триггеров RS-триггер на элементах И-НЕ Для обеспечения устойчивой работы однотактных RS-триггеров в схеме с передачей информации между триггерами Такой принцип необходимо, чтобы занесение в триггер обмена информации осуществлялось после информацией завершения передачи информации о реализован в прежнем его состоянии в другой триггер двухтактных RS- триггерах Достаточно просто это обеспечивается при использовании двух серий находящихся в противофазе синхросигналов 40

Основные типы схем Т-триггер триггеров 1. На основе 2. Поступление 3. Так как триггер двухтактного RS- сигнала на счетный двухтактный, на его триггера путем вход Т = 1 выходе сигнал замыкания приводит к записи изменится только по обратных связей в двухтактный RS- завершении действия строится триггер состояния, сигнала Т = 1 асинхронный T- противоположного триггер (Toggle – тому, что кувыркаться) со хранилось ранее счетным входом Это позволяет исключить возникновение генерации в схеме с обратной связью 41

Основные типы схем D-триггер триггеров 3. Это триггер задержки, т. к. его 1. Одна из состояние в момент 2. Этого можно прихода очередного проблем при добиться, тактового импульса работе с RS- организовав в соответствует триггером – схеме только один значению сигнала на необходимость информационный информационном заблокировать вход. Такая схема входе D в момент комбинацию получила название поступления входных сигналов D-триггер предыдущего S = R = 1, которая приводит к тактового импульса неопределенному состоянию схемы С помощью инвертора асинхронный входной сигнал подается на входы обоих вентилей ИЛИ, а это генерирует отсутствие запрещенной комбинации на их входах 42

Основные типы схем JK-триггер триггеров 3. Универсальный 1. Триггер 2. В отличие от RS- триггер: при различных имеет два триггера для JK- вариантах подключения входа триггера не существует его выходов можно запрещенной комбинации получить схемы, информационных которые будут сигналов на входе функционировать как RS-, D- и T-триггеры 43