2. Определение цифровых устройств. Представление чисел и логических переменных. Устройства параллельного и последовательного действия.

Цифровыми называют устройства, предназначенные для формирования, преобразования и передачи кодовых слов. При этом кодовые слова (коды или числа) в электронных цифровых устройствах представляются в виде последовательностей электрических импульсов (сигналов с двумя уровнями напряжения: высоким и низким), а их преобразования осуществляются арифметическими, логическими, запоминающими и вспомогательными устройствами.

Элементами и узлами цифровых устройств, служащими основой для построения микропроцессоров, микропроцессорных систем, компьютеров, автоматизированных систем управления объектами, технологическими процессами и информационными потоками являются: дешифраторы, сумматоры, триггеры, регистры, счетчики и многие другие.

В современных устройствах цифровой обработки информации используется два класса переменных: числа и логические переменные. Числа несут информацию о количественных характеристиках процесса, объекта, системы, над ними можно производить арифметические действия. Логические переменные определяют состояние системы или принадлежность её к определенному классу состояний.

Главная особенность цифровых устройств (по отношению к аналоговым и импульсным устройствам) состоит в том, что объектами информации являются двоичные числа (кодовые слова) и логические переменные, а не функции времени.

Числа и логические переменные связаны друг с другом при решении задач управления и обработки информации. В вычислительных задачах вначале определяются совокупность и значения входных воздействий на объект управления. Предполагается, что существует математическая модель объекта в виде набора формул, таблиц, графиков и несколько логических условий. При решении задач необходимо вести анализ логических условий с выдачей логических команд. Для решения таких задач необходим специальный математический аппарат и соответствующие устройства.

Операции над кодовыми словами, представленными в виде электрических сигналов, в цифровом устройстве могут выполняться следующими двумя способами:

1. последовательное (поразрядное, побитовое) выполнение операций, при котором символы 1 и 0 кодового слова поступают последовательно по времени на единственный вход цифрового устройства и по завершении операции последовательно символ за символом выводятся из него. На рис. 5.1, а показано выполнение операции цифровым устройством ЦУ (инвертором) над трехразрядным входным словом x₂x₁x₀ = 100, при котором биты выходного слова y₂y₁y₀ = 011 принимают противоположные значения;

2. параллельное выполнение операций, при котором символы 1 и 0 кодового слова поступают одновременно на три входа ЦУ и по завершении операции одновременно выводятся из него (рис. 5.1, б).

В рассмотренных устройствах для выполнения операций над кодовыми словами использовались устройства последовательного и параллельного действия, а входные и выходные слова представлялись в виде последовательного и параллельного кодов. В ряде случаев используют комбинированные способы обработки информации: с последовательным вводом и параллельным выводом (рис. 5.1, в) и с параллельным вводом и последовательным выводом (рис. 5.1, г).

Стрелки на входных (слева) и выходных линиях (справа) цифровых устройств не ставят: это запрещено ЕСКД. Однако разрешены повороты ЦУ на 90° так, что входы будут сверху, а выходы — снизу. Другие углы поворота и направления входов и выходов не допускаются ЕСКД.

Билет №6: