Форма входа
 
 
 
Регистрация | Забыл пароль?
Категории
 
КЛЮЧИ, ТРИГГЕРЫ И ПЗУ.

Ключевые схемы в настоящее время имеют очень большое значение в связи с тем, что представляют собой основу импульсной техники, которая опреде­ляет принцип работы электронно-вычислительных машин (компьюте­ров). К сожалению, школьный курс физики не затрагивает такую тему, по­этому учитель информатики вынужден некоторым образом восполнить этот пробел. Хочется надеяться, что данная статья поможет в этом.
Применение электронных уст­ройств для релейных схем привело к появлению электронных ключей. Ключ - это электронный управляе­мый контакт, то есть устройство, у которого при подаче управляющего сигнала электрическое сопротивление между входом и выходом малое, а при отсутствии управляющего сигнала -большое. Если мы условимся разли­чать эти сопротивления, как Коткр, и Кзакр., то отношение Кзакр./Коткр. будет характеристикой работы ключа: чем оно выше, тем качество работы ключа лучше.
Элементарный электронный ключ на транзисторе представлен следующей схемой:

ключ

Ключи широко применяются в технике ЭВМ как электронные коммутаторы различного назначения, их выпускают в виде микросхем. Микросхема пред­ставляет собой электронный блок весьма малых размеров, содержащий в своем корпусе транзисторы, резисторы и другие радиоэлементы. В зависимо­сти от числа элементов различают микросхемы малой степени интегра­ции (до 100 элементов), средней (до 1000), большой (до 10000) и сверх­большой ( свыше 10000 ) степени ин­теграции. Микросхемы большой и сверхбольшой степени интеграции на­зываются соответственно БИС и СБИС. Отечественные электронные ключи изготовляют, как микросхемы малой степени интеграции, и их выпуска­ли с индексом КТ («ключ транзистор­ный»), например, 143КТ1, 168КТ2, 176КТ1, 564КТЗ. В современных ЭВМ применяют только БИС и СБИС, что позволяет значительно уменьшить их размеры.

В ключах выходной сигнал (выходная функция) полностью определяется входными переменными и не зависит от предыдущего состояния схемы. Од­нако зачастую приходится учитывать такое состояние, например, в запоми­нающих устройствах. В этом случае применяют разновидность ключевых электронных схем, называемую триг­гером. Триггер (от англ. Trigger - за­щелка, курок) - это логическое уст­ройство с обратными связями. Логи­ческими устройствами принято счи­тать такие, в основу работы которых положена двоичная система счисле­ния, и в которых реализуются функ­ции математической логики. Отсюда и обобщенное название логических элементов, микросхем и создаваемых на их базе приборов и устройств - циф­ровые. В общем случае ЭВМ «различа­ет» цифры 0 и 1, как величины элек­трического потенциала: электрический сигнал небольшой (десятые доли воль­та) или нулевой величины определяет­ся, как логический нуль, а сигнал с по­тенциалом (напряжением) в несколько вольт - логическая единица. У триггеров выходная функция опре­деляется не только комбинацией сиг­налов на входах, которых в элементар­ной схеме обычно два, но и состоянием схемы до подачи этих сигналов. Если сигналы на входах простейшего триг­гера обозначить, как S и R, то связь между этими переменными можно за­писать в виде двух формул:

Х= S+Y     и        Y = R + X

В соответствии с этими формулами работает приведенная ниже функциональная схема триггера:

Принципиальное отличие работы схе­мы состоит в том, что если на выходе X - логическая единица, то на выходе Y - нуль и наоборот. Если на входах R и S присутствуют логические нули, то триггер сохраняет свое состояние не­изменным. Если на вход S подать на короткое время логическую единицу (импульс), то на выходе X появится логический нуль, а на выходе Y- логи­ческая единица. При подаче логи­ческой единицы на вход R состояние на выходах поменяется на противопо­ложное. Подача на оба входа логиче­ской единицы недопустима, так как в этом случае на обоих выходах уста­навливается логическая единица, что в принципе противоречит сути работы триггера.

Имеется несколько типов триггеров, которые обозначаются буквами ла­тинского алфавита: D, T, RS и JK. Вы­ше был рассмотрен RS-триггер (буквы аббревиатуры означают Reset - сброс, Set,- установка), как наиболее типич­ный.

D - триггер имеет два входа – информационный вход D и тактовый вход С. Импульс по входу С записывает на вы­ходе Q то логическое состояние, кото­рое имеется в данный момент на D - входе.
 

       Временная диаграмма сигналов D-триггера на разных выходах выглядит так:

   

Т - триггер называют также счетным. Он имеет один вход С, при подаче им­пульсов на который логическое со­стояние на выходах периодически из­меняется с приходом каждого нового импульса. Счетный триггер можно по­лучить из D- триггера, если его ин­версный выход Q замкнуть на вход D. В этом случае при подаче импульса на вход С состояние триггера изменится, например на выходе Q вместо логической единицы появится логический нуль. Если теперь снова подать импульс на вход С, то триггер вернется в прежнее состояние. При такой работе логическая единица появ­ляется на выходе Q в два раза реже, чем импульсы на входе  С,  поэтому очевидно, что такой триггер делит час­тоту входных импульсов в два раза.

 JK - триггер имеет два информацион­ных входа J и К, а также тактовый вход С. При 1=1, а К = О триггер работает аналогично D - триг­геру; при J = 0 и К = 0 триггер хранит установленное ранее логическое со­стояние, при J = 1 иК = 1 триггер ра­ботает как счетный, чем в принципе отличается от RS - триггера, имеющего запрет на такое состояние логических сигналов по входам.

Кроме перечисленных видов триггеров существует также триггер Шмитта. Он является пороговым устройством, сра­батывающем при определенных по­тенциалах на входе: при повышении входного напряжения триггер Шмитта имеет один порог срабатывания, при понижении – другой. Триггер Шмитта имеет один вход и один выход. Если на вход подавать нарастающее напряже­ние, то по достижении ним некоторого потенциала Upl триггер скачком пере­ходит в другое логическое состояние на выходе. При уменьшении напряже­ния на входе до некоторого потенциала Up2 триггер снова скачком изменяет логическое состояние на выходе. Раз­ницу между Upl и Up2 называют гис­терезисом. Триггер Шмитта исполь­зуют обычно для формирования пря­моугольных импульсов из импульсов произвольной формы, для повышения крутизны фронтов импульсов, а также для отслеживания уровней исполь­зуемых сигналов. В отечественном микросхемном исполнении этот триг­гер имеет индекс ТЛ, например К155ТЛ1 или К561ТЛ1 (соответствен­но - 2 и 4 триггера в одном корпусе микросхемы).

 Так как в принципе триггеры — это элементы, имеющие устойчивые со­стояния, то на их основе часто соз­дают запоминающие устройства, на­пример ПЗУ (постоянные запоминаю­щие устройства), которые хранят ин­формацию и при выключении напря­жения питания. Одним из примеров такого устройства можно считать флэш-память, получившую в настоящее время широкое распространение, а также жесткие диски для портативных компьютеров, не имеющие в себе механических блоков, и оперативная память мобильных телефонов.

 Принцип работы такого устройства можно рассмотреть на примере RS -триггера, схема которого приведена ранее. Для этого опишем его работу таблицей переходов. В левой части этой таблицы запишем комбинации ло­гических состояний, которые могут присутствовать на входах, а в правой части - значения логических состояний выхода X.

 

R

 

S

 

X

 

0

 

0

 

Q

 

0

 

1

 

1

 

1

 

0

 

0

 

Из таблицы хорошо видны возможные устойчивые состояния триггера при подаче на вход определенных логиче­ских уровней. Эта устойчивость со­стояний дает возможность использо­вать триггер, как элементарную ячейку памяти. В зависимости от степени ин­теграции, одна микросхема памяти может содержать сотни, тысячи и миллионы триггеров. Основными параметрами запоминаю­щих устройств (ЗУ) являются инфор­мационная емкость и быстродействие, что в конечном счете влияет на их стоимость.

Информационную емкость современ­ных ЗУ обычно выбирают равной 2 в степени 2n, где 2n - число двоичных адресов, например при 2n = 8 емкость n = 256 бит, при 2n = 10 n = 1024 бит и т.д.

Организация этого объема памяти может быть различной. Обычно ЗУ имеет один вход записи и один выход считывания, такая организация обо­значается, как 1x1024, но входов запи­си и выходов считывания может быть больше (4x256, 8x128 и т.п.). Быстродействие ЗУ определяется мак­симально возможной быстротой (час­тотой) смены адреса. Оно зависит от технологии выполнения микросхем и в настоящее время достигает сотен и тысяч мега­герц (1 мегагерц - 1 млн.электрических импульсов в секунду).

Обычно ПЗУ делятся на три типа:

 1. Программируемые изготовителем.

В ЭВМ - это частично БИОС, т.е. мик­росхема, в которой записана начальная конфигурация компьютера, знакогене­ратор и коды управления. Знакогене­ратор- это таблицы знаков используе­мого алфавита, цифр и знаков препи­нания. Отечественные ПЗУ такого ти­па в микросхемном исполнении имеют индекс РЕ.

2. ПЗУ с однократным программиро­ванием.

В такие ПЗУ пользователь может за­писать те данные, которые впоследст­вии не надо изменять, например -функциональные таблицы и коды. Та­кие ПЗУ имеют индекс РТ.

3. Перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ), которые допускают много­кратную смену информации. Это, на­пример, БИОС современных ЭВМ, по­зволяющих оперативно изменять кон­фигурацию в зависимости от устанав­ливаемых периферийных устройств, «флэшки» и т.п.. Запись информации производят электрическим путем, стирание - преиму­щественно электрическим, но кроме этого - потоком ультрафиолетового из­лучения, для чего микросхема имеет на корпусе специальное окошко. В отече­ственной промышленности такие ППЗУ выпускали как микросхемы с индексами РР (электрическое стира­ние) и РФ (ультрафиолетовое), напри­мер К558РР1 и К573РФ2.

 Рекомендуемая литература:

Б.И ГОРОШКОВ «Элементы радио­электронных устройств» «Радио и Связь2,М.1988

Ю.М.КУТЫРКИН и др.  «Интеграль­ные микросхемы широкого примене­ния», спр., М. «Энергоатомиздат»1984

С.А.БИРЮКОВ «Цифровые устройст­ва», М., «Радио и Связь», 1982

Ф.Н.СЕРГЕЕВ «Электронные устрой­ства на микросхемах» М., «Радио и Связь», 1990.