2. Схемотехника эвм 2.1. Логические элементы

ЭВМ состоит не только из центрального процессора (микропроцессора). Он является главной, но лишь одной из многих интегральных микросхем, входящих в состав ЭВМ.

К наиболее распространенным интегральным микросхемам относятся логические элементы, реализующие логические функции И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, инверторы, исключающее ИЛИ, триггеры, регистры, счетчики.

Данные интегральные микросхемы являются цифровыми. На их входах могут появляться лишь два характерных уровня напряжения: низкое (около 0 В) и высокое (например, 5 В), причем низкий и высокий уровни напряжения представляют собой двоичные значения 0 и 1 соответственно.

Логический элемент И.

Условное графическое изображение логического элемента И представлено на рис.2.1.

Рис.2.1. Графическое изображение логического элемента И.

Так как это цифровая микросхема, то на входы и подаются входные напряжения, которые могут принимать только фиксированные значения, принятые для данного типа микросхемы, которые определяются разработчиком микросхемы. Для микросхем типа ТТЛ это напряжения 0 В или 5 В. На выходе микросхемы также будут появляться данные напряжения, а какое конкретно – определяется таблицей истинности логического элемента. Для логического элемента И с двумя входами комбинации сигналов на входах элементов и таблица истинности представлены в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 Комбинация сигналов на входах логического элемента И

,В	,В	,В
0	0	0
0	5	0
5	0	0
5	5	5

Таблица 2.2 Таблица истинности логического элемента И

0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Таким образом, работа логического элемента И описывается следующим правилом: выходной сигнал равен 1 только тогда, когда все входные сигналы равны 1, т.е. только тогда, когда все , . Если на одном их входов появляется 0, то и на выходе появляется 0. Это правило аналитически записывается в виде

(2.2)

то есть операция И записывается точкой.

Данная запись заимствована из алгебры Буля, которую можно рассматривать как арифметику систем, построенных на логических элементах.

В ЭВМ арифметико-логическое устройство содержит восемь двухвходовых логических элементов И, что позволяет микро-ЭВМ выполнять операцию над двумя словами А и В, каждое длиной 8 бит.

Логический элемент ИЛИ.

Условное графическое изображение логического элемента ИЛИ представлено на рис.2.2.

Рис.2.2. Графическое изображение логического элемента ИЛИ.

Выходной сигнал логического элемента ИЛИ равен 1, если хотя бы один из входных сигналов равен 1. Аналитически это записывается следующим образом:

(2.2)

Символ + обозначает выполнение операции ИЛИ. Таблица истинности логического элемента ИЛИ приведена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Таблица истинности логического элемента ИЛИ

0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Инвертор или логический элемент НЕ

Выходной сигнал инвертора противоположен по значению входному сигналу или, другими словами, сигналы на входе и на выходе инвертора всегда не совпадают: если на входе 0, то на выходе 1; если на входе 1, то на выходе 0.

На рис.2.3 дано условное графическое изображение инвертора. Кружок на выходе инвертора означает выполнение операции НЕ.

Рис.2.3. Графическое изображение логического элемента НЕ.

Операция отрицания аналитически записывается в виде

(2.3)

Горизонтальная черта над переменной читается как "не", т.е. читается как " равно не ".

Логический элемент И-НЕ

Логический элемент И-НЕ отличается от логического элемента И дополнительной операцией отрицания. Условное графическое изображение элемента такое же, как и у элемента И, с добавлением кружка на выходе (рис.2.4.)

Рис.2.4. Графическое изображение логического элемента И-НЕ.

В соответствии с алгеброй Буля операция И-НЕ аналитически записывается следующим образом:

(2.4)

Над переменными и сначала совершается операция И, результат которой инвертируется.

Правило работы логического элемента И-НЕ заключается в следующем: выходной сигнал равен 0, если все входные сигналы равны 1.

Логические элементы И-НЕ используются достаточно часто, так как любая логическая схема может быть построена исключительно на элементах И-НЕ, то есть можно обойтись элементом одного единственного типа.

Таблица истинности приведена в таблице 2.4.

Таблица 2.4 Таблица истинности логического элемента И-НЕ

0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Логический элемент ИЛИ-НЕ

Условное графическое изображение приведено на рис.2.5.

Рис.2.5. Графическое изображение логического элемента ИЛИ-НЕ

Таблица истинности приведена в таблице 2.5

Таблица 2.5 Таблица истинности логического элемента ИЛИ-НЕ

0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

В логическом элементе ИЛИ-НЕ совмещено выполнение двух операций: ИЛИ и НЕ, при этом сначала выполняется операция ИЛИ, а затем производится инвертирование.

В логическом элементе ИЛИ-НЕ выходной сигнал равен 1, если все входные сигналы равны 0. Аналитически операция ИЛИ-НЕ записывается следующим образом:

(2.5)

Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

В логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выходной сигнал равен 1 только тогда, когда один из входных сигналов равен 1 (табл.2.6).

Таблица 2.6 Таблица истинности логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Условное графическое изображение приведено на рис.2.6.

Рис.2.6. Графическое изображение логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ