2.1 Понятие логический элемент. Простейшие логические элементы. Общий принцип построения логических элементов.
Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию. Тысячи микроскопических электронных переключателей в кристалле интегральной схемы сгруппированы в системы, выполняющие логические операции, т.е. операции с предсказуемыми результатами, и арифметические операции над двоичными числами. Соединенные в различные комбинации, логические элементы дают возможность компьютеру решать задачи, используя язык двоичных кодов.
Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др. (называемые также вентилями), а также триггер, регистр, сумматор .С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности. Главные достоинства логических элементов, по сравнению с другими цифровыми микросхемами, — это их высокое быстродействие (малые времена задержек), а также малая потребляемая мощность (малый ток потребления).
Простейшие логические элементы – И, ИЛИ, НЕ.
Рис.И. Рис.ИЛИ. Рис.НЕ.
-
x
y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
x |
y |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Основная особенность логических элементов состоит в том, что они предназначены для работы с цифровыми сигналами, которые могут принимать лишь два отличающихся друг от друга значения уровня напряжения или тока. Обычно один из них близок к нулю и считается низким, а другой определяется напряжением питания и считается всяким. Первичная обработка цифровых сигналов производится на логических элементах. Они реализуют простейшие цифровое сигналы. Для создания логических элементов, имеющих2 логических состояния можно использовать механические выключатели, электромагнитные реле(ключ), полупроводниковые приборы, диоды и т.д.
2.2 Счетчики с произвольным и управляемым модулем счета. Двоично-десятичные счетчики.
Счётчик с произвольным модулем счёта
Для построения такого счётчика можно использовать двоичный счётчик, у которого модуль счёта М должен быть больше модуля счёта разрабатываемого счётчика с произвольным модулем счёта.
Пусть нужно сделать счётчик с М= 10.
У 4-х разрядного счётчика модуль счёта равен 16 (больше 10).
Схема счётчика представляет собой 4 последовательно включённых счётных триггера, у которых есть вход сброса R. Число 10 в двоичной системе счисления представляется 1010. Когда на выходах счетчика будет код 1010, на выходе элемента «И» появится логическая единица, которая запустит схему гашения. Длительность импульса на выходе схемы гашения должна быть достаточна для надёжного сброса всех триггеров счётчика в 0. Разряды числа 1010, равные 1 подаются на схему «И» с прямых выходов триггеров, а равные 0 - с инверсных. Таким образом, как только счётчик досчитает до 10, произойдёт обнуление всех триггеров и счёт продолжится с кода 0000.
Счетчики с управляемым модулем счета
Двоично-десятичные счетчики
Для построения счетчика по модулю 10 (двоично-десятичного счетчика) используется счетчик по модулю 16, т.е. четырехразрядный суммирующий двоичный счетчик. Такой счетчик может быть использован, например, в качестве счетчика единиц секунд электронных часов.
Исходное (нулевое) состояние счетчика устанавливается сигналом «Уст. 0». При поступлении входных импульсов U+ счетчик начинает их подсчет как суммирующий двоичный счетчик. После девятого импульса счетчик переходит в состояние «1001». С приходом десятого импульса на всех входах элемента И устанавливаются единичные значения и сигнал с его выхода обнуляет счетчик. При поступлении следующих импульсов состояния счетчика меняются в соответствии с логикой работы счетчика по модулю 10
Двоично-десятичный счетчик