Триггер как элемент памяти. Схема RS-триггера

Память (устройство, предназначенное для хранения данных и команд) является важной частью компьютера. Элементарной единицей компьютерной памяти является бит. Поэтому требуется устройство, способное находиться в двух состояниях, т.е. хранить единицу или ноль. Также это устройство должно уметь быстро переключаться из одного состояния в другое под внешним воздействием, что дает возможность изменять информацию. Ну и, наконец, устройство должно позволять определять его состояние, т.е. предоставлять информацию о своем состоянии. Устройством, способным запоминать, хранить и позволяющим считывать информацию, является триггер[1].

Триггер был изобретен в начале XX века М. А. Бонч-Бруевичем[2]. Разнообразие триггеров весьма велико. Наиболее простым является RS-триггер, который собирается из двух вентилей. Обычно используют вентили ИЛИ-НЕ или И-НЕ.

RS-триггер «запоминает», на какой его вход подавался сигнал, соответствующий единице, в последний раз. Если сигнал был подан на S-вход, то триггер на выходе постоянно «сообщает», что хранит единицу. Если сигнал, соответствующий единице, подан на R-вход, то триггер на выходе имеет 0. Не смотря на то, что триггер имеет два выхода, имеется в виду выход Q. (Q с чертой всегда имеет противоположное Q значение.)

Другими словами, вход S (set) отвечает за установку триггера в 1, а вход R (reset) – за установку триггера в 0. Установка производится сигналом, с высоким напряжением (соответствует единице). Просто все зависит от того, на какой вход он подается.

Большую часть времени на входы подается сигнал равный 0 (низкое напряжение). При этом триггер сохраняет свое прежнее состояние.

Возможны следующие ситуации:

• Q = 1, сигнал подан на S, следовательно, Q не меняется.
• Q = 0, сигнал подан на S, следовательно, Q = 1.
• Q = 1, сигнал подан на R, следовательно, Q = 0.
• Q = 0, сигнал подан на R, следовательно, Q не меняется.

Ситуация, при которой на оба входа подаются единичные сигналы, недопустима.

Как триггер сохраняет состояние? Допустим, триггер выдает на выходе Q логический 0. Тогда судя по схеме, этот 0 возвращается также и в верхний вентиль, где инвертируется (получается 1) и уже в этом виде передается нижнему вентилю. Тот в свою очередь снова инвертирует сигнал (получается 0), который и имеется на выходе Q. Состояние триггера сохраняется, он хранит 0.

Теперь, допустим, был подан единичный сигнал на вход S. Теперь в верхний вентиль входят два сигнала: 1 от S и 0 от Q. Поскольку вентиль вида ИЛИ-НЕ, то на выходе из него получается 0. Ноль идет на нижний вентиль, там инвертируется (получается 1). Сигнал на выходе Q становится соответствующим 1.

Архитектура ЭВМ (по книге В.Г. Баула [3] «Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования»)

Книга написана по читаемому автором в течение ряда лет лекционному курсу "Архитектура ЭВМ и язык Ассемблера" для студентов факультета Вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

http://arch.cs.msu.su/Page2.htm.

Всех людей, которые, так или иначе, используют компьютеры в своей деятельности и имеют понятие об их архитектуре, обычно называют пользователями. Ясно, что в зависимости от того, на каком уровне они видят архитектуру компьютера, всех пользователей можно, хотя, конечно, и достаточно условно, разделить на уровни или группы. Как правило, выделяют следующие группы пользователей.

Для вводного курса достаточно внешнего уровня, возможно, с элементами концептуального уровня и минимальным знакомством с внутренним уровнем.

Теперь уточним эти принципы и состав машины. На рис. 1 приведена схема машины фон Неймана[4], как она изображается в большинстве учебников, посвященных архитектуре ЭВМ.

Рисунок 1. Схема машины фон Неймана

На этом рисунке толстыми (двойными) стрелками показаны потоки команд и данных, а тонкими – передача между отдельными устройствами компьютера управляющих и информационных сигналов.