2. Логические устройства вычислительной техники

RS-триггеры

Что же такое RS-триггеры? В моем понимании — это устройства, которые могут принимать одно из двух состояний. На основании этого можно сделать вывод, что этот логический элемент может хранить один бит информации (грубо говоря, ноль или единицу). Существуют некоторые типы данного вида RS-триггеров. Давайте рассмотрим один из них:

Асинхронный RS-триггер

Имеет два входа “R» и «S” и два выхода, как правило это “Q” и “не Q” (т.е. инверсный) . Лично я запомнил, какой элемент для чего, после того, когда узнал, что R – это “RESET” (что означает “сброс”) и “S” – это “SET” (что означает установка). Принимая во внимание изложенную информацию можно указать, что при подаче сигнала (единица) на “S” на выходе “Q” устанавливается единица, а при подаче единицы на “R” приводит к сбросу единицы на выходе “Q” и установки на нем нуля. Рассмотрим работу на базе элементов “2ИЛИ-НЕ” и “2И-НЕ”. Для этого используем графическое изображение этих элементов.

Итак, разберем принцип работы RS-триггера на базе элементов “2ИЛИ-НЕ”. В начальном положении, когда на R и S отсутствуют сигналы (логический “0”), на выходе “Q” присутствует также “0” или “1” – это исходное состояние. Выглядит это так:

Далее подадим на “S” логическую  единицу и получим на выходе “Q” также единицу. Будет выглядеть это так.

Следующим шагом подадим логическую единицу на “R” и уже на “Q” получим  “0”. Изобразим это на рисунке.

Более наглядную работу RS-триггера на элементах 2ИЛИ-НЕ можно продемонстрировать, изобразив таблицу истинности. Вот так она выглядит.

Сейчас рассмотрим работу на элементах 2И-НЕ. Выглядит она аналогично, как и на элементах 2ИЛИ-НЕ с той лишь разницей, что активным уровнем является не “1”как в предыдущем случае, а “0”. Убедимся в этом, используя рисунок и таблицу истинности.

 

Асинхронным триггерам свойственно такое явление как присутствие “гонок”, что это? Это не одновременное или даже не согласованное по времени поступление информации на входы. Это приводит к наложению одного сигнала на другой. Чем это вызвано? А вызвано это разным временем быстродействия элементов, через которые проходит сигнал, прежде чем попасть на входы триггера, в данном случае на “R” или “S”. Покажем это явление на диаграмме.

Чтобы избавиться от этого явления, был придуман вариант подачи синхросигнала и асинхронный триггер превратился в синхронный.

Синхронные RS–триггеры

Этот вид логического устройства отличается от рассмотренного выше тем, что у него помимо входов “R” и “S” присутствует и третий “C”, на который подаются синхроимпульсы. Без этих импульсов информация на “R” и ”S” восприниматься не будет. Схему синхронного RS–триггера и диаграмму работы изобразим графически.

 

Из диаграммы видно, что в данном случае срабатывание происходит по переднему фронту (но бывает и по спаду) синхроимпульса.

Передний фронт синхроимпульса – это участок прямоугольного импульса, где происходит его  возрастание.

Спад  синхроимпульса – это участок спада синхроимпульса.

Именно здесь сделаем небольшое отступление и укажем, что бывают триггеры динамические и статические и соответственно со статическим и динамическим управлением. Чем они отличаются? Объясним максимально просто.

Динамические триггеры – на выходах,  которых присутствуют либо  непрерывная последовательность импульсов определенной частоты, либо ее отсутствие. (Напоминает управляемый генератор).

Статические триггеры– на  выходах которых присутствуют неизменный уровень напряжения, либо его отсутствие.

Со статическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходит только при подаче на “С” логической единицы (логического нуля).

С  динамическим управлением – восприятие сигналов на информационных входах происходят в моменты перепада сигнала на “С” (Передний фронт синхроимпульса или спад синхроимпульса).

Если логические функции входов зависят от его выходов, то целесообразно использовать более рациональную конструкцию элементов.

 

Триггер (D, T, JK)

D-триггер

Давайте разберемся, что собой представляет D-триггер. В качестве отступления укажем, что синхронным называют триггер, на входы которого помимо управляющего сигнала подается и синхросигнал. Так вот, данный вид может быть только синхронным, потому что отсутствие синхросигнала приведет к тому, что не произойдет задержки (хранения) сигнала. Очень легко данный вид можно получить из RS–триггера. Каким образом? Посмотрим на рисунке.

Использование элемента И-НЕ перед “R” приводит к тому, что на “R” и “S” поступают противоположные значения сигналов. Для уточнения поясним, что наличие “1” на “D” обеспечит приход “1” на “S” и “0” на “R”. Допустим, на “D” подана единица. По переднему фронту синхросигнала устройство установится в состояние “1”. Будет он в этом положении пока на входе “D” – единица. Как только она пропадет, то по переднему фронту первого же синхронизирующего импульса устройство перейдет в нулевое состояние. Режим хранения не чувствителен к участку спада синхроимпульса. Посмотрим это наглядно.

Т–триггер

Этот вид устройства имеет один вход “Т”. Принцип его работы заключается, в смене состояния (“0” или “1”)  на противоположное по приходу на “Т” единицы. Он осуществляет, своего рода, подсчет импульсов по модулю 2. Может быть и синхронным, но тогда срабатывание будет происходить по фронту синхросигнала. Графически его можно изобразить вот так.

Также возможно выполнение и на базе любого двухтактного триггера, правда появится необходимость в счетном синхросигнале. Изобразим диаграмму работы.