Логические состояния

Арифметшеско-логическое устройство (АЛУ) производит арифметические и логические преобразования над поступающими в него машинными словами, т. е. кодами определенной длины, представляющими собой числа или другой вид информации. Количество разрядов в машинном слове обычно совпадает с количеством разрядов в основных регистрах АЛУ.

Арифметическо-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными. В общем случае в АЛУ выполняются логические преобразования над логическими кодами фиксированной и переме?1ной длины (над отдельными битами, группами бит, байтами и их последовательностями), арифметические операции над числами с фикси-

ции в пространстве (между отдельными блоками и устройствами машины), хранение информации (передача информации во времени), арифметические и логические преобразования.

Логические преобразования двоичных сигналов включают три элементарные операции:

Логические преобразования двоичных сигналов выполняются на базе элементарных операций алгебры Буля: логическое сложение, логическое умножение, логическое отрицание.

(или временные) характеристики. Число типовых функциональных узлов и элементов сравнительно невелико, поскольку невелико и число операций, совершаемых над непрерывными и дискретными сигналами. К числу основных операций относятся: усиление интенсивности сигналов; генерирование напряжений заданной формы (спектра); преобразование формы (спектра) сигналов; дискретизация аналоговых (непрерывных) сигналов и преобразование их в цифровую форму (цифровой код); трансформация (перенос) спектров сигналов (модуляция и детектирование); изменение длительности (масштаба времени) сигналов; фильтрация — частотное или временное выделение или подавление отдельных составляющих аналоговых или цифровых сигналов; корреляционная (авто- и взаимокорреляционная) обработка сигналов; математические преобразования в аналоговой или цифровой форме (сложение и вычитание, умножение и деление, возведение в степень и извлечение корней, интегрирование и дифференцирование, логарифмирование и потенцирование); логические преобразования цифровых сигналов (логическое сложение и умножение и их различные комбинации); измерение параметров сигналов (амплитудного и фазового спектров, частоты повторения, времени запаздывания, длительности существования и т. д.); преобразование цифровых сигналов в аналоговые; запоминание аналоговых и цифровых сигналов на заданное время и воспроизведение их; отображение сигналов — преобразование в форму, удобную для восприятия человеком; передача сигналов в пространстве (электро- и радиосвязь).

Кроме того, во время 2-го такта импульсом в обмотках w3 все сердечники С5 — С/2 намагничиваются в 1. В следующем (условно 3-м) такте формируется импульс тока /х с помощью ИФТ на 77. Этим импульсом считываются все четыре разряда регистра входного числа. Импульс тока fi поступает в каждом разряде на выход прямого (х1 н- xt) значения или на выход инверсного значения (x-r-xt) и по обмоткам запрета перемагничивает сердечники С5 — С/2 в 0. После воздействия импульса 1± в каждом из МПТ на сердечниках С5 — С8 и С9 — С/2 остается намагниченным в 1 по одному сердечнику. На этом завершается дешифрирование на двух первых ступенях дешифрации. Заметим, что при этом логические преобразования осуществлялись в такте записи информации на сердечники С5 — С/2 согласно 2-9, д. Состояния qt сердечников С5 — С/2 после считывания регистра входного числа могут быть выражены логическими формулами ^5 =

В следующем (условно 4-м) такте формируется импульс /2 от ИФТ на Т2. Этот импульс производит считывание дешифратора и течет через одну из 16 нагрузок z0— zl&. Номер нагрузки, по которой протекает импульс /2, соответствует входному числу, представленному четырьмя двоичными разрядами. Заметим, что при выполнении функций второй ступени дешифрации использовались логические преобразования при считывании сердечников С5 — С/2

Логические возможности элементов на МПТ были рассмотрены в § 2-6, где показано, что, во-первых, наибольшими логическими возможностями из магнитно-диодных элементов обладают МПТ и, во-вторых, логические преобразования на элементах МПТ могут выполняться как при записи информации, так и при считывании. Заметим, что конструктивно выполненный элемент МПТ (сердечник с обмоткой шр и отверстием, оставленным после изготовления и заливки) является многофункциональным по нескольким причинам. Первая причина обусловлена тем, что количество входов (шин сквозь отверстие элемента) заранее не фиксировано и может быть произвольным. Вторая причина состоит в том, что при записи информации на сердечник могут быть реализованы различные логические функции qi = / (xlt ..., х„), где %t — прямое или инверсное значение аргумента. Выполняемая функция определяется тем или иным включением обмоток ш3, шпг и w3np. Третья причина многофункциональности элемента МПТ обусловлена наличием в нем памяти. Наличие памяти позволяет, во-первых, осуществлять логические преобразования qt = f (xlt ..., х„) при многотактном вводе аргументов %lt ..., х„ и, во-вторых, полученное состояние qt использовать по-разному для дальнейших логических преобразований У] = / (<7i> ••-. Qi} за счет различного включения обмотки wp в цепи считывания.

Многофункциональность и широкие возможности элементов МПТ позволяют строить экономичные схемы, выполняющие сложные логические преобразования, однако затрудняют создание строгой формальной методики синтеза логических схем.

Ниже логические преобразования в схемах на элементах МПТ рассматриваются на примерах распространенных функциональных узлов. Часто логические преобразования выполняются на основе схем полного (с максимальным возможным по числу аргументов числом выходов) или неполного дешифратора.

В процессе производства все изготовленные БИС должны пройти испытания, в ходе которых все возможные логические состояния должны быть проверены на соответствие таблице функционирования логической схемы. Ручные испытания таких микросхем с учетом всех возможных отклонений напряжений питания, условий работы, входных сигналов — задача чрезвычайно громоздкая и трудоемкая. Программа испытания выдается в виде перфолент в числе других документов, разрабатываемых комплексом.

В тех случаях, когда требуется последовательно опросить логические состояния многих устройств и передать их на один выход, применяют устройство, называемое мультиплексором (от англ, multiplex — многократный). На 8.44, а приведена схема мультиплексора с двумя информационными входами (х0, Xi) и управляющим (адресным) входом а, а на 8.44, б — эквивалентная схема мультиплексора. При о=1 на выход передается значение xlt а при о=0 — значение х„.

Символы 1 и 0 означают логические состояния входных переменных или их функций — результата воздействия входных переменных на логическую схему.

Наряду с комбинационными широко распространены схемы, служащие для хранения двоичной информации. Логические состояния выходов этих схем определяются не только сигналами, поступающими на их входы в данный момент времени, но и поступавшими в предшествующие моменты.

D-триггер ( 191,а, б). Введением инвертора в тактируемый /?5-триггер получают D-триггер, который управляется сигналом, поступающим на информационный вход D. При этом исключается запрещенная комбинация входных сигналов, так как логические состояния входов S и R собственно триггера при любом входном сигнале инверсны. Название D-триггера происходит от английского термина delay, означающего «задержка».

Если логические состояния выходов Q0, Q/ и Q2 рассматривать как трехразрядное двоичное число, причем выход Q0 считать младшим разрядом, а выход Q2 — старшим, то процесс счета импульсов можно представить как последовательное изменение содержимого счетчика в двоичном коде.

8.02. Логические состояния

Диаграмма на 8.1, а показывает диапазоны напряжений, которые соответствуют двум логическим состояниям (ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ) для самых популярных семейств цифровой логики. Для каждого логического семейства необходимо определить допустимые значения как входных, так и выходных напряжений, соответствующих состояниям ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ. Закрашенная площадь выше линии показывает допустимый диапазон выходных напряжений, при котором гарантируются логические состояния

Логические состояния 496

Два уровня напряжения, характеризующие логические состояния, определяются просто как более высокий Н (англ. high — высокий) и низкий L (low — низкий). Эти два значения называют логическими уровнями. Существуют два рода так называемых логических соглашений в за-

1.20. Логические состояния двухвходового элемента ТТЛ: а — схема управления по входам А и В; б—таблица входных и выходных_элекТ" рических уровней (Н^—низкий; В —высокий); а — управление элементом И; г — таблица состояний И, д — управление элементом ИЛИ; е, ж — варианты табли* цы состояний ИЛИ