T Логические элементы ЭВМ

Логические основы построения ЭВМ. Логические элементы и узлы.

К началу 40-х годов 20 века электроника уже располагала необходимым набором электронных безинерционных приборов высокого быстродействия. С изобретением в 1913г. М. Бонч-Бруевичем триггера (электронное реле на основе двухлампового симметричного усилителя с положительной обратной связью; в качестве базового элемента использовалась электронная вакуумная лампа триод, изобретенная в 1906г.) появилась реальная возможность создания электронных вычислительных машин.

Системой логических элементов называется функционально полный набор логических элементов, объединенных общими электрическими, конструктивными и технологическими параметрами и использующих одинаковый тип межэлементных связей.

Системы элементов содержат элементы для выполнения логических операций, запоминающие элементы, элементы, реализующие функции узлов ЭВМ, а также элементы для усиления, восстановления и формирования сигналов стандартной формы.

Пример условно-графических обозначений некоторых логических элементов

Условно-графическое обозначение элемента представляет собой прямоугольник, к которому слева подходят входные сигналы, а справа выходят выходные. Внутри прямоугольника ставится условное обозначение выполняемой элементом логической функции. Если значение выходного сигнала принимает инверсное значение по отношению к обозначенной внутри элемента функции, то данный выход обозначается на условно-графическом обозначении элемента кружком. Аналогично, если активным уровнем входного сигнала является логический «0», то данный вход обозначается кружком.

Если элемент выполняет сложную функцию, имеет несколько функционально различных групп входов и выходов, то входы и выходы отделяются от основного поля условно-графического обозначения вертикальными линиями. Внутри каждого из получившихся полей функционально различные группы входов и выходов отделяются друг от друга горизонтальными линиями.

Последний элемент на рисунке, выход которого может находиться в одном из трех состояний: логический «0», логическая «1», состояние высокого сопротивления. В состоянии высокого сопротивления выход элемента отключается от входов всех других элементов, с которыми он связан. Вход E (enable) этого элемента управляет состоянием его выхода. Так как на условно-графическом обозначении этот вход отмечен кружком, то отсюда следует, что функция разрешения передачи двоичного сигнала с входа на выход элемента выполняется при состоянии логического «0» на входе разрешения E. Если на вход E подан сигнал логической «1», то выход элемента находится в отключенном (так называемом «третьем») состоянии.

Каждый логический элемент – это электронно-техническое изделие. В этих схемах все транзисторы работают в ключевом режиме. Это означает, что при подаче сигнала высокого уровня на базу транзистора, его сопротивление становится пренебрежимо малым, то есть транзистор как бы "стягивается в точку". При низком потенциале на базе транзистора сопротивление между коллектором и эмиттером становится чрезвычайно большим, что фактически означает разрыв цепи.

Схемотехническая реализация логических элементов

Пример работы инвертора. Если сигнал X имеет высокий потенциал, то ключ, реализованный на транзисторе, замкнут, и потенциал точки Y низкий. В противном случае связь между точкой Y и «землей» разорвана, и сигнал Y имеет высокий уровень, что и обеспечивает реализацию логической функции «отрицание».

Для элемента «И-НЕ» сигнал в точке Y будет иметь низкий уровень лишь тогда, когда оба сигнала X1 и X2 имеют высокий уровень.

Каждый логический элемент имеет свою таблицу истинности, в которой определены его состояния выходов от сигнала поданного на его вход (таблица истинности создается на основе законов математической и секвенциальной (формульное выражение) логики).

Составим таблицу истинности для элемента «И-НЕ», где «И» - операция логического умножения (конъюнкция) и «НЕ» - операция логического отрицания (изменение логического значения на инверсное). В представлении с точки зрения секвенциальной логики работу элемента «И-НЕ» можно записать формулой:

.

Число комбинаций входных значений рассчитывается как основание системы счисления – 2, в степени числа переменных – 2²=4. Первые два столбца в таблице содержат входные значения переменных X1 и X2, третий столбец результат их логического умножения, четвёртый столбец логическое отрицание произведения переменных X1 и X2, т.е. окончательный результат.

X1	X2	X1*X2	F

Дата добавления: 2015-04-25