Алгебра логики. Цифровые микросхемы

Триггер
Важнейшей структурной единицей оперативной памяти компьютера, а также внутренних регистров процессора, является триггер.
Триггер - это устройство позволяющее запоминать, хранить и считывать информацию (каждый триггер может хранить 1 бит информации).
Регистр - устройство для хранения n-разрядных двоичных чисел

Триггер — простейшее последовательное устройство, которое может находиться в одном из двух возможных состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием входных сигналов.
Схема RS-триггера

Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классификаций.
Классификация триггеров:
● способу приема информации;
● принципу построения;
● функциональным возможностям.

Различают асинхронные и синхронные триггеры.
Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.
Синхронные триггеры — реагируют на информационные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации C (от англ. clock).

Различие триггеров по функциональным возможностям
● с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
● универсальные (JK-триггеры);
● с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
● со счетным входом Т (Т-триггеры).

Входы триггеров обычно обозначают следующим образом:
S — вход для установки в состояние «1»;
R — вход для установки в состояние «0»;
J — вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;
К — вход для установки в состояние «0» в универсальном триггере;
Т — счетный (общий) вход;
D — вход для установки в состояние «1» или в состояние «0»;
V — дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (иногда используют букву Е вместо V).

Рассмотрим асинхронный RS-триггер
Таблица истинности
Схема асинхронного RS-триггера

Составление логических схем в программе Logisim
Графический интерфейс Logisim
Logisim – это инструмент, позволяющий разрабатывать и моделировать электрические (логические) схемы, используя графический интерфейс пользователя.
Раздел панели проводника «Элементы»

Работа в программе Logisim
Здесь для реализации асинхронного RS-триггера используется 2 элемента ИЛИ-НЕ, и 4 контакта, причем 2 контакта на входы S и R и 2 контакта на выходы Q и неQ.

Цифровые логические элементы
- «Строительные блоки» компьютера, которые реализуют логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ» и др.
Память, для хранения чисел
Процессор, в котором выполняются операции над числами
Устройства ввода-вывода, где осуществляется прием и передача данных

Цифровые микросхемы
Микросхемы К155ЛА6, КМ155ЛА6 (схема представлена ниже) представляют собой два логических элемента 2И-НЕ с большим коэффициентом разветвления по выходу.

Электронные схемы логических элементов
Базисные логические функции могут быть представлены как в дискретном исполнении, так и методами интегральной технологии. Базисные логические функции (логические элементы) «И», «ИЛИ» и «НЕ» могут выполняться на диодах, резисторах, биполярных полевых транзисторах.
В соответствии с конструкцией построения логических элементов различают резисторно-транзисторную логику (РТЛ), диодно-транзисторную (ДТЛ), транзисторно-транзисторную логику (ТТЛ), а также логику на полевых транзисторах.

Операция «НЕ» (инверсия)
Логический элемент «НЕ» и его таблица истинности
Электронная схема, реализующая элемент «НЕ»
Логический элемент «НЕ» представляет собой усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, и работает в ключевом режиме. На вход подаются положительные сигналы в положительной логике. Используется биполярный транзистор типа n-p-n

Операция «ИЛИ» (дизъюнкция)
Электронная схема, реализующая элемент «ИЛИ»
Схема выполнена на биполярных транзисторах (технология транзисторно-транзисторной логики).

Операция «И» (конъюнкция)
Электронная схема, реализующая элемент «И»
Электронная схема двухходового элемента «И» на биполярных транзисторах.

Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.

База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.
Эмиттером называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.
Коллектором называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.
Биполярный транзистор А42

Практика и лабораторные
1) Практика - Системы счисления. Арифметические действия в различных системах счисления. Прямой, обратный и дополнительный код числа.

1) Лабораторная №1 - Выбор и анализ конфигурации компьютера в зависимости от решаемой задачи.
Практика и лабораторные