Тактовые генераторы

Г

Я

Выход

Сумма

Линии разрешения

Полный сумматор

Декодер

Выход переноса

Рис. 3.18. Одноразрядное АЛУ

В верхнем левом углу схемы находится логическое устройство для вычисления А И В, А ИЛИ В и В, но по крайней мере один из этих результатов проходит через последний вентиль ИЛИ в зависимости от того, какую из разрешающих линий выбрал декодер. Так как ровно один из выходных сигналов декодера будет равен 1, то и запускаться будет ровно один из четырех вентилей И. Остальные три вентиля будут выдавать 0 независимо от значений А и В.

АЛУ может выполнять не только логические и арифметические операции над А и В, но и делать их равными нулю, отрицая ENA (сигнал разрешения А) или ENB (сигнал разрешения В). Можно также получить А, установив INVA (инвер­сию А). Зачем нужны ENA, ENB и INVA, мы рассмотрим в главе 4. При нормаль-

Основные цифровые логические схемы

ных условиях и ENA, и ENB равны 1, чтобы разрешить поступление обоих входных сигналов, а сигнал INVA равен 0. В этом случае А и В просто поступают в логичес­кое устройство без изменений.

Вход Выход переноса переноса

А₅ В₅

1-битное АЛУ

О₅

А4 В₄

Аз В₃

1-битное АЛУ

1-битное АЛУ

О₄ О₃

А₂ В₂

1-битное АЛУ

О₂

А, В,

1-битное АЛУ

А_о В_о

1-битное АЛУ

Оо

INC

Рис. 3.19. Восемь одноразрядных секций, соединенных в 8-разрядное АЛУ Сигналы разрешения и инверсии не показаны для упрощения схемы

В нижнем правом углу находится полный сумматор для подсчета суммы А и В и для осуществления переносов. Переносы необходимы, поскольку несколько та­ких схем могут быть соединены для выполнения операций над целыми словами. Одноразрядные схемы, подобные той, которая изображена на рис. 3.18, называют­ся разрядными микропроцессорными секциями. Они позволяют разработчику сконструировать АЛУ любой желаемой ширины. На рис. 3.19 показана схема 8-разрядного АЛУ, составленного из восьми одноразрядных секций. Сигнал INC (увеличение на единицу) нужен только для операций сложения. Он дает возмож­ность вычислять такие суммы, как А+1 и А+В+1.

Во многих цифровых схемах все зависит от порядка, в котором выполняются дей­ствия. Иногда одно действие должно предшествовать другому, иногда два действия должны происходить одновременно. Для контроля временных отношений в циф­ровые схемы встраиваются тактовые генераторы, чтобы обеспечить синхрониза­цию. Тактовый генератор — это схема, которая вызывает серию импульсов. Все импульсы одинаковы по длительности. Интервалы между последовательными импульсами также одинаковы. Временной интервал между началом одного им­пульса и началом следующего называется временем такта. Частота импульсов обычно от 1 до 500 МГц, что соответствует времени такта от 1000 не до 2 не. Часто­та тактового генератора обычно контролируется кварцевым генератором, чтобы достичь высокой точности.

В компьютере за время одного такта может произойти много событий. Если они должны осуществляться в определенном порядке, то такт следует разделить на подтакты. Чтобы достичь лучшего разрешения, чем у основного тактового гене­ратора, нужно сделать ответвление от задающей линии тактового генератора и вста­вить схему с определенным временем задержки. Таким образом порождается

Глава 3. Цифровой логический уровень

вторичный сигнал тактового генератора, который сдвинут по фазе относительно первичного (рис. 3.20, а). Временная диаграмма (рис. 3.20, б) обеспечивает четыре начала отсчета времени для дискретных событий:

1. Нарастающий фронт С1.

2. Задний фронт С1.

3. Нарастающий фронт С2.

4. Задний фронт С2.

Связав различные события с различными фронтами, можно достичь требуе­мой последовательности выполнения действий. Если в пределах одного такта тре­буется более четырех начал отсчета, можно сделать еще несколько ответвлений от задающей линии с различным временем задержки.

Рис. 3.20. Тактовый генератор (а); временная диаграмма для тактового генератора (б); порождение асинхронных тактовых импульсов (в)

В некоторых схемах важны временные интервалы, а не дискретные моменты времени. Например, некоторое событие может происходить в любое время, ко­гда уровень импульса С1 высокий, а не на нарастающем фронте. Другое событие может происходить только в том случае, когда уровень импульса С2 высокий. Если необходимо более двух интервалов, нужно обеспечить больше линий пере­дачи синхронизирующих импульсов или сделать так, чтобы состояния с высоким уровнем импульса у двух тактовых генераторов частично пересекались во време­ни. В последнем_случае можно выделить 4 отдельных интервала: СТ И С2, С1 И С2, С1ИС2иС1 ИС2.

Тактовые генераторы могут быть синхронными. В этом случае время состоя­ния с высоким уровнем импульса равно времени состояния с низким уровнем импульса (рис. 3.20, б). Чтобы получить асинхронную серию импульсов, нужно сдвинуть сигнал задающего генератора, используя цепь задержки. Затем нужно

Память

соединить полученный сигнал с изначальным сигналом с помощью логической функции И (см. рис. 3.20, в, сигнал С).

Дата добавления: 2013-12-13