Основные логические элементы

1. Логический элемент «И» имеет разное условное обозначение в зависимости от числа входов на устройстве: 2И — чип с двумя входами, «3И» — микросхема с тремя входами и т.д. На схеме это выглядит так:

 

Логический элемент И выполняет действие умножение.

Уравнение логического элемента «И»: Y =Х1˄ Х2 (Y = X 1∙ X 2)

 

 

2. Логический элемент «ИЛИ» обозначается подобно интегральной схеме с функцией умножения: «2ИЛИ» = 2 входа, «3ИЛИ» = 3 входа и т.д.:

Логический элемент ИЛИ выполняет действие сложение

Уравнение логического элемента «ИЛИ»: Y =Х1 ˅ Х2(Y = X 1 + X 2)

 

3. Логический элемент НЕ, осуществляющий отрицание, обозначается схематически так:

Уравнение логического элемента «НЕ»:

 

4. Логический элемент И-НЕ осуществляет действие логического умножения с инверсией

уравнение логического элемента «И-НЕ»:

На рисунке изображен пример обозначения «2И-НЕ»:

 

5. Логический элемент ИЛИ -НЕ выполняет действие логического сложения с инверсией «2ИЛИ-НЕ» выглядит следующим образом:

 

Уравнение логического элемента «ИЛИ-НЕ»:

 

Пример:

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Тема: Работа регистров

Цель: изучить схемы построения основных типов регистров, проверить функционирование параллельного и сдвигового регистров.

Задание

1. Зарисовать типовые схемы.

2. Описать работу схем.

3. Ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

 

Электронное устройство, выполняющее функцию записи двоичного кода числа, его хранения и выдачи по запросу в другие устройства называется регистром. Регистр является совокупностью триггеров, объединенных цепями управления.

Любое число характеризуется разрядностью. Один триггер способен хранить один бит информации (0 или 1), то есть один разряд числа. Следовательно, для хранения n – разрядного числа регистр должен содержать n –триггеров. Обычно регистры выполняются на RS – триггерах или D – триггерах.

Регистры характеризуются большим разнообразием функционального назначения и схемотехнического построения. По принципу действия они делятся на две основные группы: параллельного действия или накопительные и последовательного действия или сдвиговые.

Параллельный регистр на RS – триггерах. Он имеет независимые информационные входы и выходы триггеров, которые объединены в еди ный узел по цепям обнуления и синхронизации (рис. 1).

 

Рисунок 7.1 – Схема параллельного регистра

Перед записью числа в регистр он обнуляется подачей сигнала (импульса) «сброс» одновременно на входы R всех триггеров. На входы S триггеров подаются разряды двоичного числа «Х3Х2Х1Х0» (разряд Х0 на триггер D0, разряд Х1 на триггер D1 и так далее), число подготовлено к записи. Запись числа в регистр происходит в момент подачи импульса на вход синхронизации С. Далее сигналы с информационных входов могут быть сняты, число записано в регистр и непрерывно выдается на выходах Q3Q2Q1Q0. Число может храниться в регистре, пока не будет стерто или пока включено питание регистра.

Регистр на рис. 7.1 неудобен в практическом применении. При дополнении схемы элементами логики и управления он становится более гибким в использовании (рис.7. 2).

 

 

Рисунок 7.2 – Трехразрядный параллельный регистр с элементами управления

 

 

Сигнал синхронизации для регистра рис. 2 назван сигналом записи (WR).

Информация в регистре хранится, но во внешние устройства не выдается. Выдача информации происходит только при подаче сигнала «чтение», который открывает ключи на логических элементах «И» и разрешает прохождение кода Q c выходов триггеров в другие узлы.

Промышленность выпускает регистры в виде интегральных схем. В сложных устройствах внутренняя схема микросхем регистра не показывается, он изображается как единое целое в виде условных обозначений рис.7.3. На схемах регистры обозначаются символами RG среднего поля УГО.

 

Рисунок 7.3 – Условные графические обозначения регистров

 

Чаще регистры выполняются на синхронизируемых D - триггерах. Схема параллельного регистра на D-триггерах принципиально не отличается от схем рис. 1 или рис. 2. Свойства двухступенчатого D-триггера позволяют собрать регистр последовательно действия.

Последовательный регистр. В таком регистре триггеры соединены друг с другом в цепочку так, что выход каждого предыдущего триггера соединен со входом последующего (рис. 7.4).

 

 

Рисунок 7.4 – Сдвиговый регистр

 

На информационный вход D (вход данных) последовательно подаются разряды X0, X1, X2, X3 четырехразрядного двоичного числа X3X2X1X0 младшими разрядами вперед. По переднему фронту (0-1) импульса синхронизации на входе «С» младший разряд Х0 записывается в первую ступень триггера D0. По заднему фронту (1- 0) синхроимпульса блокируется первая ступень и разблокируется для записи вторая ступень D0. Так как выход первой ступени (хозяин) D0 соединен со входом второй (работник),разряд X0 переписывается из первой ступени во вторую.Выход триггера D0 соединен со входом триггера D1. Последний подготовлен к записи разряда Х0. Запись происходит только по приходу очередного синхроимпульса. По второму синхроимпульсу разряд Х0 переписывается из D0 в D1, одновременно второй разряд Х1 числа записывается в триггер D0.

Далее процесс продолжается аналогично. По третьему синхроимпульсу С разряд Х0 переписывается из триггера D1 в D2, разряд Х1 переписывается из D0 в D1, в триггер D0 записывается разряд Х2. Из механизма работы регистра следует, что разряды числа поочередно сдвигаются на один триггер (шаг) вправо. Механизм сдвига иллюстрируется диаграммами рис.5 для четырехразрядного слова X3X2X1X0 = 1101.

Диаграммы соответствуют исходному состоянию обнуления регистра (Q3 = Q2 = Q1 = Q0 = 0). Далее разряды числа последовательно подаются на вход регистра и сопровождаются синхроимпульсами. По первому синхроимпульсу С младший разряд числа Х0 = 1записывается в триггер D0.По второму синхроимпульсу разряд Х0 = 1 переписывается в триггер D1, а разряд Х1 = 0 со входа регистра в триггер D0. В итоге, по четвертому импульсу все разряды числа записаны в регистр последовательно друг за другом пошаговым сдвигом.

Разряды числа подаются в регистр последовательно, разряды записанного числа выдаются с выходов одновременно. Следовательно, сдвиговый регистр является преобразователем последовательного кода в параллельный.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое регистр?

2.Какой элемент является основой регистра?

3.Чем отличается параллельный регистр от последовательного?

4.Как обозначаются регистры?

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8