Логическими устройствами

В вычислительных машинах второго поколения, появившихся в конце 50-х годов, полупроводниковые приборы — транзисторы — заменили электронные лампы, что существенно повысило надежность, снизило потребление мощности, уменьшило габаритные размеры ЭВМ. Это позволило создать ЭВМ, обладающие большими логическими возможностями и более высокой производительностью. Наряду с машинами для научных расчетов появились ЭВМ для решения планово-экономических задач (задач обработки данных) и управления производственными процессами.

Персональные компьютеры обладают при небольших габаритных размерах и стоимости широкими вычислительными и логическими возможностями, удобными простыми в обращении

Потребляемая мощность значительно уменьшается в схемах на дополняющих МДП-транзисторах. Кроме того, логические ИМС на дополняющих МДП-транзисторах выгодно отличаются от микросхем на МДП-транзисторах «-типа, так как они обладают более высоким быстродействием, высокой помехоустойчивостью из-за большого перепада логических уровней, новыми логическими возможностями благодаря дополняющим структурам и высокой нагрузочной способностью (п^15 -т- 20). В этих схемах для каждого логического входа применяют два транзистора — транзистор «-типа и связанный с ним по затвору транзистор р-типа.

Многофункциональный накопитель так же, как и обычный, может быть построен по системе ЗД с ?с = 2 и по системе 2Д с &с = 2 и 3. Многофункциональный накопитель с линейной выборкой (система 2Д) обладает большими логическими возможностями, поэтому ограничимся рассмотрением здесь только этого типа накопителей.

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.

Все это позволило создать более сложные цифровые вычислительные машины и системы, обладающие большими вычислительными и логическими возможностями и высокой производительностью. Одна из самых больших цифровых вычислительных систем второго поколения IBM 7030 насчитывала около 250000 транзисторов. Если бы она была выполнена на электронных лампах, то примерно каждый час одна из ламп выходила бы из строя и система была бы практически неработоспособной. Применение же транзисторов более чем на порядок повысило надежность ЦВМ. Стало возможным создание небольших дешевых ЦВМ для сравнительно простых научных или экономических расчетов, обладающих вычислительными возможностями, примерно соответствующими большим ЦВМ первого поколения.

Элементы всех сравниваемых систем приблизительно одинаковы по быстродействию и обладают сходными логическими возможностями, но потенциальная система элементов обеспечивает более высокую надежность работы устройств по сравнению с импульсно-потенциальной системой, которая чувствительна к импульсным помехам, и по сравнению с импульсной системой элементов, где достижение высокой надежности затруднено жесткими требованиями в отношении синхронизации сигналов,

Асинхронный триггер мгновенно переключается при поступлении входного сигнала. Во многих устройствах необходимо синхронизировать во времени переключение триггеров: неодновременное переключение может привести к появлению непредусмотренных состояний устройства и к срыву его работы. Синхронные триггеры имеют дополнительный тактовый вход, на который подаются положительные тактовые импульсы. Такой триггер воспринимает информацию на входах только при наличии тактового импульса и переходит в новое устойчивое состояние в момент среза тактового импульса. В течение тактового импульса на выходе триггера сохраняется предшествующее состояние Qn, и эта информация на выходе триггера в виде сигнала ОС может быть использована при определении направления его переключения. Поэтому синхронные триггеры обладают большими логическими возможностями, чем асинхронные триггеры.

Нервные клетки обладают огромными логическими возможностями, обусловленными большим количеством входов, выходов, обратных связей, изменяющих свою структуру по определенным, пока еще не изученным законам. Ни одна из искусственно созданных моделей нейронов не воспроизводит в настоящее время даже в грубом приближении тех логических возможностей, которые имеются в реальной нервной клетке.

высоким быстродействием, высокой помехоустойчивостью из-за большого перепада логических уровней, новыми логическими возможностями благодаря дополняющим структурам и высокой нагрузочной способностью (л^15—20). В этих схемах для каждого логического входа применяют два транзистора — транзистор п-ти-па и связанный с ним по затвору транзистор р-типа.

Потребляемая мощность значительно уменьшается в схемах на дополняющих МДП-транзисторах. Кроме того, логические интегральные микросхемы на дополняющих МДП-травзисторах выгодно отличаются от микросхем на МДП-транзисторах р-типа, так как они обладают более высоким быстродействием, высокой помехоустойчивостью из-за большого перепада логических уровней, новыми логическими возможностями благодаря взаимодополняющим структурам и высокой нагрузочной способностью (n^i!5-r-20). В этих схемах для каждого логического входа применяются два транзистора — транзистор л-типа и связанный с ним по затвору транзистор р-типа.

Асинхронный триггер мгновенно переключается при поступлении входного сигнала. Во многих устройствах необходимо синхронизировать во времени переключение триггеров; неодновременное переключение может привести к появлению непредусмотренных состояний устройства и к срыву его работы. Синхронные триггеры имеют дополнительный тактовый вход, на который подаются положительные тактовые импульсы. Такой триггер воспринимает информацию на входах только при наличии тактового импульса и переходит в новое устойчивое состояние в момент среза тактового импульса. В течение тактового импульса на выходе триггера сохраняется предшествующее состояние Qn, и эта информация на выходе триггера в виде сигнала ОС может быть использована при определении направления его переключения. Поэтому синхронные триггеры обладают большими логическими возможностями, чем асинхронные триггеры.

Логическими автоматами с памятью, или последовательными логическими устройствами, называются устройства, логические значения на выходах которых определяются как совокупностью логических значе-

в качестве рабочих ячеек программы, индексных регистров, для хранения служебной информации, используемой при управлении вычислительным процессом. Она выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленной ОП (см. гл. 14).

Логическими автоматами с памятью, или последовательными логическими устройствами, называются устройства, логические значения на выходах которых определяются как совокупностью логических значе-

Логическими автоматами с памятью, или последовательными логическими устройствами, называются устройства, логические значения на выходах которых определяются как совокупностью логических значе-

К классу матричных регулярных БИС относятся программируемые постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), программируемые матрицы вентилей (ПМВ), программируемые мультиплексоры (ПМ) и программируемые логические матрицы (ПЛМ). Так как специализируют эти полузаказные БИС применением соответствующей настройки (программируют), их называют программируемыми логическими устройствами (ПЛУ).

сверхоперативное ЗУ небольшой емкости (на несколько сотен слов) с временем обращения порядка десятков или сотен наносекунд. Такяе СОЗУ могут выполняться на сердечниках, тонких пленках, полупроводниковых интегральных схемах. Быстродействие СОЗУ соответствует обычно скорости работы арифметических устройств и устройств управления прэцессором. Ячейки СОЗУ используются в качестве рабочих ячеек, индексных регистров, для хранения часто используемых констант. СОЗУ выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленным ОЗУ.

сверхоперативное ЗУ небольшой емкости (на несколько сотен слов) с временем обращения порядка десятков или сотен наносекунд. Такие СОЗУ могут выполняться на сердечниках, тонких пленках, полупроводниковых интегральных схемах. Быстродействие СОЗУ соответствует обычно скорости работы арифметических устройств и устройств управления процессором. Ячейки СОЗУ используются в качестве рабочих ячеек, индексных регистров, для хранения часто используемых констант. СОЗУ выполняет роль согласующего звена между быстродействующими логическими устройствами процессора и более медленным ОЗУ.

Измерительная техника, в том числе и электроизмерительная, как наиболее универсальная по своим возможностям, за последние годы претерпела существенные качественные изменения. Возникли новые виды средств измерений: измерительные преобразователи, основанные на самых различных физических явлениях и осуществляющие преобразование практически любых физических величин в электрические сигналы, в том числе дискретные; цифровые средства измерений — приборы с цифровым отсчетом и регистрацией; автоматические информационно-измерительные системы, позволяющие производить измерения многих величин в большом числе пунктов с логическими устройствами для обработки результатов измерений, и др. Для измерений широко используется электронная, полупроводниковая, импульсная техника. Расширились области применения электрических методов для измерений различных неэлектрических величин. Значительно возросли требования в отношении диапазонов измеряемых величин, точности измерений, условий измерений (высокие и низкие температуры, вибрации, ускорения и др.) на Земле, в космическом пространстве, в глубинах океана. Наряду с величинами детерминированными требуется измерять также величины, характеризующие случайные процессы.

В номенклатуре современных быстродействующих ИС 1533, 1554 и 1564 сумматоров нет. Операции сложения и вычитания реализуют на ИС универсального назначения, которые называются арифметико-логическими устройствами {АЛУ). Арифметико-логическое устройство - ИС универсального назначения, способная выполнять как арифметические операции (сложение и вычитание), так и поразрядные логические операции. По своей структуре АЛУ на (п+1) разрядов не сложнее сумматора той же разрядности с параллельным переносом, но позволяют выполнять помимо сложения и вычитания чисел их сравнение, а также и поразрядные логические операции над двоичными кодами. Кроме того, АЛУ хорошо приспособлены к наращиванию разрядности.

Оборудование и технологические схемы должны быть снабжены такими средствами управления, как преобразователи гидравлических, пневматических, теплотехнических, химических, электрических и других параметров, точными измерительными приборами, самонастраивающимися регуляторами, логическими устройствами управления, основанными как на релейной, так и на полупроводниковой технике, электронными вычислительными машинами и другой вычислительной техникой для сбора, хранения и обработки информации, расчета технико-экономических показателей и оперативного управления работой блоков.

Интересными свойствами обладают специализированные микросхемы, выполняющие в соответствии с программой на входах арифметические и логические преобразования двоичной информации. Эти микросхемы так и называют— арифметико-логическими устройствами (АЛУ). По сравнению с приборами, работающими по жесткой, наперед заданной программе, АЛУ представляют собой устройства более высокого класса. В микропроцессорной технике АЛУ являются базовыми элементами. Они используются в сочетании с регистрами сдвига, оперативными запоминающими устройствами и другими узлами.