44 Комбинационные устройства. Дешифраторы.
Типовые каскады логических устройств можно разделить на два класса — собственно логические элементы и элементы памяти. Логические элементы осуществляют преобразование логических сигналов, элементы памяти — запоминание информации. Логические устройства можно разделить на комбинационные и последовательностные. Комбинационные логические устройства состоят из логических элементов; выходной сигнал зависит только от значений входных сигналов в рассматриваемый момент времени. Последовательностные логические устройства кроме логических элементов содержат и элементы памяти; выходной сигнал зависит не только от значений входных сигналов в рассматриваемый момент времени, но и от напряжения на выходах элементов памяти, которое является результатом логической обработки сигналов, поступавших в предшествующие моменты времени. В данной главе будут рассмотрены типовые логические элементы и комбинационные логические устройства. Дешифраторы. Это комбинационные схемы с несколькими входами и выходами, преобразующие код, подаваемый на входы в сигнал на одном из выходов. На выходе дешифратора появляется логическая единица, на остальных — логические нули, когда на входных шинах устанавливается двоичный код определённого числа или символа, то есть дешифратор расшифровывает число в двоичном, троичном или k-ичном коде, представляя его логической единицей на определённом выходе. Число входов дешифратора равно количеству разрядов поступающих двоичных, троичных или k-ичных чисел. Число выходов равно полному количеству различных двоичных, троичных или k-ичных чисел этой разрядности.
Для n-разрядов на входе, на выходе 2n, 3n или kn. Чтобы вычислить, является ли поступившее на вход двоичное, троичное или k-ичное число известным ожидаемым, инвертируются пути в определённых разрядах этого числа. Затем выполняется конъюнкция всех разрядов преобразованного таким образом числа. Если результатом конъюнкции является логическая единица, значит на вход поступило известное ожидаемое число.
Из логических элементов являющихся дешифраторами можно строить дешифраторы на большое число входов. Каскадное подключение таких схем позволит наращивать число дифференцируемых переменных.
Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу. Демультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать один вход к нескольким выходам. В простейшем случае такую коммутацию можно осуществить при помощи ключей:
Рисунок 1. Коммутатор (мультиплексор), собранный на ключах.
Такой коммутатор одинаково хорошо будет работать как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами. Однако скорость работы механических ключей оставляет желать лучшего, да и управлять ключами часто приходится автоматически при помощи какой-либо схемы.
В цифровых схемах требуется управлять ключами при помощи логических уровней. То есть нужно подобрать устройство, которое могло бы выполнять функции электронного ключа с электронным управлением цифровым сигналом.
45 Сумматор — логический операционный узел, выполняющий арифметическое сложение двоичных, троичных или n-ичных кодов двух (бинарный), трёх (тринарный) или n чисел (n-нарный). При арифметическом сложении выполняются и другие дополнительные операции: учёт знаков чисел, выравнивание порядков слагаемых и тому подобное. Сумматоры являются комбинационными схемами, выполняющими бинарную (двухоперандные), тринарную (трёхоперандные) или n-арную (n-операндную) логическую функцию сложения. Входят в состав узлов арифметическо-логических устройств (АЛУ).
Компаратор (аналоговых сигналов) (англ. comparator - сравнивающее устройство[1]) — электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше чем на инверсном входе («-»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше чем на инверсном входе.
Простейший компаратор представляет собой дифференциальный усилитель. Компаратор отличается от линейного операционного усилителя (ОУ) устройством и входного, и выходного каскадов:
46 Арифмети́ческо-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.
Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:
операции двоичной арифметики над числами с фиксированной запятой;
операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики над числами с плавающей запятой;
операции двоично-десятичной арифметики;
операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);
операции специальной арифметики;
операции над логическими кодами (логические операции);
операции над алфавитно-цифровыми полями.
Микропроцессор — устройство, выполняющее алгоритмическую обработку информации, и, как правило, управление другими узлами компьютера или иной электронной системы. Представляет собой цифровую интегральную схему выполняющую последовательность инструкций — программу.
47 Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (ПЛК) (от англ. Programmable Logic Controller) или программируемый контроллер — специализированное компьютеризированное устройство, используемое для автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего назначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без серьёзного обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.