Цифровые устройства с внутренней памятью

Особенности устройств с внутренней памятью
Строятся на основе логических элементов (НЕ, И, ИЛИ, буферы);
Состояния выходных сигналов определяются не только текущими входными сигналами, но и предшествующей историей (память);
Сохраняют информацию во внутренней памяти до тех пор, пока есть питание, при выключении питания информация пропадает;
При включении питания информация во внутренней памяти не определена (может быть любой);
Примеры устройств: триггеры, регистры, счётчики, оперативная память (ОЗУ).

Простейший триггер
на двух элементах 2И-НЕ
R – сброс (Reset),
S – установка (Set),
Q и -Q – прямой и инверсный выходы триггера.

D-триггер

Применение триггера: флаг и синхронизация

Построение регистров из триггеров
Параллельный регистр — для хранения кодов.
Регистр сдвига — для преобразования параллельного кода в последовательный и обратно.

Виды параллельных регистров
Регистры, срабатывающие по фронту управляющего сигнала (тактируемые регистры). Изменение состояния — по фронту сигнала С. До прихода следующего фронта — хранение.
Регистры, срабатывающие по уровню управляющего сигнала (регистры-защёлки). Если сигнал С=1, то выходные сигналы повторяют входные. Если сигнал С=0, то запоминание и хранение входных сигналов.

Тактируемый регистр

Регистр-защёлка

Типы регистров сдвига

Последовательная передача данных

Построение счётчика из триггеров

Функции счётчиков
Счёт входных импульсов;
Деление частоты входного сигнала;
Формирование сигналов заданной длительности;
Формирование последовательностей сигналов;
Измерение временных интервалов;
Часы (таймер);
Синтез (формирование) частоты;
Измерение частоты входного сигнала;
Последовательный перебор кодов (например, адресов памяти);
Последовательный перебор каналов (входных и выходных) — с дешифратором или мультиплексором.

Типы счётчиков

Типы памяти
Постоянная память (ПЗУ, ROM) — энергонезависимая, хранит записанную информацию постоянно;
Программируемая постоянная память (ППЗУ, PROM) — информация перезаписывается ограниченное число раз, энергонезависимая.
Оперативная память (ОЗУ, RAM) — информация перезаписывается неограниченное число раз, хранится при включённом питании:
Статическая оперативная память — не требует регенерации для хранения;
Динамическая оперативная память — необходима регенерация для хранения.

Основные понятия памяти
Ячейка памяти — элемент, хранящий информацию (например, триггер, регистр);
Адрес памяти — код номера ячейки памяти;
Разрядность памяти — разрядность каждой ячейки;
Организация памяти — объём и разрядность памяти: 1К х 16, 16М х 8, 1Г х 1.
Запись памяти — обновление содержимого ячейки памяти, определяемой адресом;
Чтение памяти — вывод содержимого ячейки памяти, определяемой адресом.
Регенерация — необходимое регулярное освежение информации в динамической памяти.

Обозначения памяти

Генератор последовательности сигналов на ПЗУ

Запись и чтение оперативной памяти

Хранение массива данных в ОЗУ

ОЗУ как информационный буфер
FIFO ─ чтение в том же порядке, что и запись;
LIFO — чтение в порядке, противоположном записи.