Память. Триггеры и защелки

1. Память. Триггеры и защелки.

Цифровой логический уровень

2. План

1. Защелки
1. RS-защелка
2. Синхронная RS-защелка
3. Синхронная D-защелка
2. Триггеры
1. Генератор импульса
2. D-триггеры

3. Память ЭВМ –

• это совокупность технических устройств и процессов,
обеспечивающих запись, хранение и
воспроизведение информации в ЭВМ
• она реализуется аппаратурно в виде комплекса
взаимосвязанных запоминающих устройств и
программными средствами.
• Запоминающее устройство(ЗУ) – это блок
вычислительной машины или самостоятельное
устройство, предназначенное для записи, хранения и
воспроизведения информации.

4.

• При обращении к памяти производится
считывание или запись некоторой
единицы данных — различной для
устройств разного типа.
• основные операции в памяти:
• 1. запись (занесение) информации в
память
• 2. считывание выборка информации из
памяти.
• Обе эти операции называются
обращением к памяти.

5. Характеристики

• Емкость ЗУ – это количество структурных единиц
информации, которые одновременно можно
разместить в ЗУ.
• Удельная емкость ЗУ – это отношение емкости ЗУ к
его физическому объему.
• Плотность записи ЗУ – это отношение емкости ЗУ к
площади носителя.
• Быстродействие ЗУ – это продолжительность
операции обращения, т. е. время, затрачиваемое на
поиск нужной единицы информации в памяти и на ее
считывание (время обращения при считывании),
или время на поиск места в памяти,
предназначенного для хранения данной единицы
информации, и на ее запись в память (время
обращения при записи).

6. Понятие защелки и триггера

• Защелка – это электронная схема с двумя устойчивыми
состояниями, в которой переход из одного состояния в другое
происходит скачкообразно под воздействием уровня
управляющего сигнала. При этом также скачкообразно
изменяется уровень напряжения на выходе защелки.
• Триггер – это электронная схема с двумя устойчивыми
состояниями, в которой переход из одного состояния в другое
происходит скачкообразно под воздействием фронта
управляющего сигнала. При этом также скачкообразно
изменяется уровень напряжения на выходе триггера.
• Триггер, как и защелка, может быть построен на вентилях «НЕИ» и «НЕ-ИЛИ».
• В литературе часто объединяют понятие триггера и защелки,
называя и те и другие схемы триггерами.

7. 1.Защелки 1.1 асинхронная RS-защелка

• а – защелка с прямыми входами
• б – защелка с инверсными входами

8. 1.Защелки 1.1 асинхронная RS-защелка

9. 1.Защелки 1.1 асинхронная RS-защелка

• Рассмотрим устройство и принцип работы
асинхронной RS-защелки. У нее есть два входа: S
(setting — установка) и R (resetting — сброс). У нее
также есть два комплементарных (дополнительных)
выхода: Q и Q. Выходные сигналы защелки, как и
триггера, не определяются текущими входными
сигналами. Таблица 2 отражает переходы SRзащелки в зависимости от значений на выходе Q и
входах S и R. В зависимости от того, какое значение
имеется на выходе Q, говорят, что защелка
находится или установлена в состояние 1 или в
состояние 0.

10. Таблица переходов RS-защелки

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
S
0
0
R
0
0
Q
0
1
1
0
0→1
1
0
1
0
1
0
0
1
1→0
1
1
Что происходит
1
Защелка в состоянии 0
0
Защелка в состоянии 1
Защелка устанавливается
1→0
в состояние 1
Состояние не изменяется
0
– «хранение»
Состояние не изменяется
1
– «хранение»
Защелка устанавливается
0→1
в состояние 0 – «сброс»
Запрещено
Q

11.

• Из таблицы 2 видно, что при значениях S=R=0 SR-защелка
может быть установлена в одно из двух возможных состояний –
0 или 1. Рассмотрим, как это происходит, на примере защелки,
которая только что была создана.
• У такой защелки на обоих выходах находятся 0 и входы S и R
равны 0. Если на входы S и R подается сигнал,
соответствующий нулю, то на выходах обоих вентилей «НЕИЛИ» через очень малый промежуток времени появиться 1
вместо 0. Если сигнал, соответствующий этой 1, на выходе
нижнего вентиля дойдет до входа верхнего вентиля быстрее,
чем сигнал с выхода верхнего вентиля, то выход Q снова будет
равен 1 и сигнал с него, быстрее достигнет входа нижнего
вентиля «НЕ-ИЛИ» и на выходе Q появиться 0, защелка
установиться в состояние 0.
• Если же наоборот, сигнал на выходе верхнего вентиля дойдет
до входа нижнего вентиля быстрее, то защелка аналогичным
образом установиться в состояние 1 (Q=1). Предугадать в какое
значение установиться защелка, когда на входы S и R подают 0
в начальный момент времени невозможно.

12.

Если же защелка находится в состоянии 0 (Q=0) и на ее вход S
подается 1, а при этом R=0, то защелка поменяет свое состояние
на 1 – установиться в состояние 1 (таблица 2, строка № 3).
Если защелка будет находиться в состоянии 1, и на ее входы будут
подаваться такие же значения сигнала, что и выше, то ее
состояние не изменится, она будет хранить бит, равный значению
на выходе Q (таблица 2, строка № 4).
Так же защелка будет хранить один бит данных, если Q=0, а на
входы S и R подаются 0 и 1 соответственно (таблица 2, строка №
5).
Если же на входы защелки, находящейся в состоянии 1, подать
сигнал 0 и 1 соответственно, то она поменяет свое состояние, то
есть предыдущее значение сброситься, защелка установиться в 0
(таблица 2, строка № 6).
Если на входы защелки подавать 1 вне зависимости от того в
каком состоянии она находиться, то защелка будет переходить в
неустойчивое состояние, где выходы Q и Q будут равными 0, что
является недопустимым, поэтому подача такой комбинации
сигналов запрещена.
Примечание: можно не конспектировать этот слайд, но нужно
разобраться как меняется состояние защелки.

13. 1.2. Синхронная RS-защелка

Эта защелка работает также как и асинхронная, но при условии, что на
вход тактового генератора подается 1.
Если туда подается 0, то защелка не меняет своих состояний и
находится в режиме хранения.
В ней не решена проблема запрещенного состояния, когда нельзя на S
и R одновременно подавать 1.

14. 1.3. Синхронная D-защелка

Эта защелка работает также как и асинхронная, но при условии, что на
вход тактового генератора подается 1. На вход D подается данное,
которое должно записаться в защелку.
Если вход тактового генератора подается 0, то защелка не меняет
своих состояний и находится в режиме хранения, вне зависимости от
значений на входе D.
В ней решена проблема запрещенного состояния.

15. Триггеры

16. D-триггер

D-триггер работает также как и D-защелка, но запускается коротким
импульсом, моделирующем фронт сигнала. На вход D подается данное,
которое должно записаться в триггер.
Если на вход генератора импульса подается 0, то триггер не меняет
своих состояний и находится в режиме хранения, вне зависимости от
значений на входе D.

17. Обозначения D-защелок и D-триггеров

Обозначения D-защелок и Dтриггеров

18. Т-триггер

• Основой для построения данных
классов триггеров является синхронная
RS-защелка.
• Т-триггер (или счетный триггер) –
предназначен для подсчета входных
двоичных (прямоугольных) импульсов.
Дополнительно их используют в
качестве делителей частоты.
• Различают одно- и двухступенчатые Ттриггеры.

19. Одноступенчатый Т-триггер

20. Одноступенчатый Т-триггер

• Как видно из
временных
диаграмм, в данном
случае Т-триггер –
это устройство,
которое меняет
свое состояние на
противоположное
по фронту каждого
входного импульса.

21. Одноступенчатый Т-триггер

• Т.е. в потоке прямоугольных импульсов выполняется
следующее условие:
• Как видно из данных диаграмм, период следования
выходных импульсов увеличивается ровно вдвое,
следовательно частота выходных импульсов ровно
вдвое уменьшается. Т.е. отдельно взятый Т-триггер
является делителем частоты на два.

22. Двухступенчатые T-триггеры

• При построении двоичных счетчиков, основу которых
составляют Т-триггеры, желательно использование
двухступенчатых Т-триггеров, схемотехника
построения которых следующая:

23. Двухступенчатые T-триггеры

• В данном случае принцип работы Т-триггера
аналогичен предыдущему, с тем отличием, что при
Т=0, T1- в режиме хранения, а T2- в рабочем
режиме. => ранее записанная в T1 информация
перезаписывается в триггер T2.
• При Т=1, наоборот, T1- в рабочем состоянии, а T2- в
режиме хранения. => инверсная информация с T2
переписывается в T1.

24. Двухступенчатые T-триггеры

• Т.о. данное устройство также изменяет свое
состояние на противоположное по каждому входному
импульсу, но выполняет эту процедуру по срезу:

25. JK-триггер

• JK-триггеры подразделяются на универсальные и
комбинированные.
• Универсальный JK-триггер имеет два информационных
входа J и K. По входу J триггер устанавливается в
состояние Q=1, неQ=0, а по входу K-в состояние Q=0,
неQ=1.
– JK-триггер отличается от RS-триггера прежде всего тем
что в нем устранена неопределенность, которая
возникает в RS-триггере при определенной комбинации
входных сигналов.
– Универсальность JK-триггера состоит в том, что он
может выполнять функции RS-, Т- и D-триггеров.
• Комбинированный JK-триггер отличается от
универсального наличием дополнительных асинхронных
входов S и R для предварительной установки триггера в
определенное состояние (логической 1 или 0).

26. Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)

27. Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)

• эти устройства могут быть использованы в регистрах,
счетчиках, делителях частоты и других узлах

28. Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)

• Если J=K = «1», то получаем
классический одноступенчатый Ттриггер.

29. Графические обозначения:

- может
отсутствовать

30. Счетчики

• Счетчиком называется последовательное
устройство, предназначенное для счета
входных импульсов и фиксации их числа в
двоичном коде.
Любые счетчики строятся на основе N
однотипных связанных между собой
разрядных схем, каждая из которых в общем
случае состоит из триггера и некоторой
комбинационной схемы, предназначенной
для формирования сигналов управления
триггером.

31. Счетчик может выполнять следующие микрооперации над кодовым словом:

установка в нулевое состояние (исходное);
запись входной информации в параллельной форме;
хранение информации;
выдача хранимой информации в параллельной
форме;
• инкремент – увеличение хранящегося кодового слова
на единицу;
• декремент - уменьшение хранящегося кодового
слова на единицу.

32. Основные параметры счетчика:

• Модуль счета М – основной статический
параметр, который характеризует
максимальное число импульсов, после
прихода которого счетчик устанавливается в
исходное состояние.
• Время установления выходного кода tk –
основной динамический параметр, который
характеризует временной интервал между
моментом подачи входного сигнала и
моментом установления нового кода на
выходе.

33. Классификация счетчиков

• 1. По значению модуля счета:
- двоичные, Мкот = целой степени
числа 2 (М=2n);
- двоично-кодированные, в которых М
может принимать любое неравное
целой степени числа 2, значение.

34. Классификация счетчиков

• 2. По направлению счета:
- суммирующие, выполняющие
микрооперацию инкремента над хранящимся
входным словом;
- вычитающие выполняющие микрооперацию
декремента над хранящимся входным
словом;
- реверсивные, выполняющие либо
микрооперацию инкремента, либо
декремента в зависимости от управляющего
сигнала.

35. Классификация счетчиков

3. По способу организации межразрядных связей:
- счетчик с последовательным переносом, в котором
переключение триггеров разрядных схем происходит
последовательно один за другим;
- счетчик с параллельным переносом, в котором
переключение всех триггеров разрядных схем
происходит одновременно по сигналу синхронизации
С;
- счетчик с комбинированным последовательнопараллельным переносом, когда используются
различные комбинации способов переноса.

36. Двоичные счетчики

• Рассмотрим на примере счетчик с
модулем счета М=8 , необходимо как
минимум три триггера. Обратимся к
таблице трехразрядных двоичных
чисел:

37. Двоичные счетчики

C
1
1
1
1
1
1
1
1
Q2
0
0
0
0
1
1
1
1
Q1
0
0
1
1
0
0
1
1
Q0
0
1
0
1
0
1
0
1

38. Двоичные счетчики

• Младший разряд Q0 изменяет свое
состояние с приходом каждого
импульса синхронизации С.
• Q1 – изменяет свое состояние с
приходом каждого 2-го С.
• Q2 - изменяет свое состояние с
приходом каждого 4-го С.

39. Двоичные счетчики

• Данный алгоритм можно реализовать на асинхронных Ттриггерах:
• Синхронизация каждого следующего триггера производится
выходным сигналом предыдущего триггера, а переключение
первого триггера (формирующего Q0) – непосредственно
последовательностью синхроимпульсов.

40. Двоичные счетчики

41. Двоичные счетчики

• Переключение триггера должно
происходить по спаду импульса.
Инкремент (сложение) реализуется на
асинхронном Т-триггере с инверсным
динамическим входом.
Декремент (вычитание) реализуется на
асинхронным Т –триггере с прямым
динамическим входом.

42. Понятие регистра

• Регистр – это совокупность триггеров,
связанных друг с другом определённым
образом общей системой управления,
предназначенная для хранения данных.