Шифраторы, дешифраторы, триггеры

| Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
| Теги реферата: реферат по русскому, реферат по английскому
| Добавил(а) на сайт: Lebedev.

Учитывая возможности современной интегральной технологии, шифраторы выгоднее реализовать не на логических элементах, а в виде специальной микросхемы. При этом получается большой выигрыш в оборудовании. На рисунке
6 приведена электрическая схема шифратора, которая пригодна для интегрального исполнения и совместима со схемами нейронных элементов.

ТРИГГЕРЫ

Существуют различные типы триггеров на потенциальных элементах: RS- триггеры (синхронные и асинхронные), D-триггеры типов Latche и Edge, RST-,
D-, и JK-триггеры типа ведущий-ведомый (Master-Slave) и так далее.
Рассмотрим примеры построения таких триггеров на НЛЭ (нейронные логические элементы).

Функцию асинхронного RS-триггера аналитически можно описать следующим образом: [pic](2-1), где [pic], если [pic], и p=0, если [pic].
Допустим, что в рассматриваемом триггере комбинация сигналов R=1, S=1 является запрещённой, то есть [pic]. Тогда, обозначая R?x1 S?x2, Q(t)?x3,
Q(t+1)=F, получим:

[pic](2-2)

Изображая эту функцию в виде точечной диаграммы, а затем преобразуя её в пороговую диаграмму и синтезируя ФНО по алгоритму синтеза ФН, получим простейшую схему RS-триггера, показанную на рисунке 2-1а. Нетрудно проверить, что при отсутствии сигналов R и S (R=S=0) единичное состояние триггера, то есть возбуждённое состояние нейрона, устойчиво благодаря обратной связи с прямого выхода. Нулевое состояние триггера также устойчиво, так как оно соответствует невозбуждённому состоянию нейрона. При поступлении сигнала R=1 или S=1 состояние нейрона, следовательно, состояние триггера изменяется.

По функции(2-2) можно синтезировать также другие варианты RS-триггера на ФНР, ФНЗ или ФНО, но они не проще данной схемы.

Допустим в триггере разрешается комбинация R=S=1, то есть p=1. Тогда из (2-1) будем иметь: [pic](2-3).

Пользуясь алгоритмом синтеза оптимального нейрона, получим простейший
ФН, реализующий эту функцию, то есть схему RS-триггера, которая показана на рисунке 2-1б. Как видно, здесь вместо ФН получен ПЭ. Однако при технической реализации этот ПЭ требует больше компонентов (транзисторов и резисторов), чем ФН, показанный на рисунке 2-1а, так как ПЭ имеет три синаптических входа, а ФН - два (один синаптический вход требует четыре компонента).
Элемент ИЛИ в ФН добавляет на синаптический вход всего один транзистор.

Если полученную согласно (2-3) точечную диаграмму подвергать преобразованию типа Px1x1 – то получим новую точечную диаграмму, по которой, синтезируя минимальный нейрон, получим схему RS-триггера, показанную на рисунке 2-1в. Как видно, здесь уже требуется один МЭ «2 или более из 3». В этой схеме вход R работает по негативной логике, то есть логической единице соответствует низкий потенциал.

Работу синхронного RS-триггера аналитически можно представить следующей системой функций:

[pic] (2-4) где логическая переменная С соответствует синхроимпульсу. Каждая из этих формул представляет функцию трёх переменных и выражается соответствующей точечной диаграммой.

Синтезируя ФН, реализующие эти функции, получим два идентичных ПЭ с весами +1, +1, +2 и порогом +2. Оба эти ПЭ имеют общую входную переменную
С, а по другим аргументам отличаются. Соединяя эти два ПЭ в соответствии с
(2-4), получим схему синхронного RS-триггера, показанную на рисунке 2-2б.
Если по функции (2-5) синтезировать ФНО, то получается нейрон с аналогичной структурой и другой полярностью синхроимпульса. Здесь и далее принимается, что вход (синапс) НЛЭ возбуждён, если на него подан высокий уровень потенциала.

На рисунке 2-3 приведены схемы простых D-триггеров с R и S входами на
ПЭ и ФН. Схемы построены таким образом, что в них полностью отсутствует соревнование (гонка) сигналов. В схемах входы R и S работают по асинхронному принципу, а информационный сигнал D записывается в триггер только при поступлении синхроимпульса. В схеме рисунка 2-3а, вход R работает по негативной логике, т.е. в нормальных условиях при отсутствии сигнала Уст. 0 на входе R имеется высокий уровень потенциала. Здесь используются как прямые, так и инверсные значения синхроимпульсов. В схеме рисунка 2-3б, прямым выходом триггера служит инверсный выход нейрона.
Наиболее простой с точки зрения технической реализации является схема рисунка 2-3б.

Рассмотрим работу схемы рисунка 2-3б. При отсутствии входных сигналов схема может находиться в одном из двух устойчивых состояний – нейрон возбуждён (Q=0) и не возбуждён (Q=1). При Q=0, благодаря обратной связи, суммарная активность (?) синапсов равна +2 или +1 в зависимости от того, что имеется на информационном входе D. Поскольку [pic], то в обоих случаях состояние схемы устойчивое.

Допустим Q=1, D=0б то есть нейрон не возбуждён и на информационном входе имеется низкий потенциал. При поступлении синхроимпульса в нейроне возбуждаются два синапса с весами +2 и –1. Поскольку [pic], то нейрон возбуждается и обратная связь поддерживает это состояние после снятия синхроимпульса. Таким образом, с поступлением синхроимпульса (С) в триггер записывается информация 0, имеющая на входе D. Если к моменту поступления следующего синхроимпульса информация на входе D не изменяется, то состояние
0 триггера также не изменится. Допустим теперь информация на входе сменилась (D=1). Тогда, поскольку С отсутствует, состояние триггера не изменяется, так как в нейроне снова возбуждены два синапса с весами –1 и
+2 и [pic]. При поступлении С в нейроне оказываются возбуждёнными все три синапса и, поскольку [pic], нейрон переходит в невозбуждённое состояние, то есть триггер переключается на 1. В других случаях схема работает аналогичным образом.

В этой схеме, если на информационный вход триггера подавать сигнал[pic] и поменять местами выходы, получится D-триггер, информационный вход которого работает по негативной логике.

Рассмотрим триггеры со счётными входами, или так называемые Т- триггеры. В простейшем случае Т-триггер можно построить на двух RS- триггерах типа рисунка 2-2а, с добавлением некоторых входов или вентилей, как это делается обычно при построении Т-триггера на булевых элементах.
Однако при этом потребуются 4-6 элементов, то есть схема получается сложной.

На рисунке 2-4 показана схема счётного триггера, построенная на трёх мажоритарных элементах. Для работы в счётном режиме на управляющие входы y1 и y2 подаётся постоянно высокий уровень потенциала 1. При каждом поступлении счётного сигнала Т выход Q-триггера переключается в противоположное состояние, причём рабочим перепадом является отрицательный перепад счётного сигнала, то есть триггер работает по принципу Master-
Slave, МЭ1 и МЭ2 образуют ведущий триггер, а МЭ3-ведомый. На рисунке 2-4 справа показана временная диаграмма работы триггера. Максимальная частота переключения этого триггера в счётном режиме равна: [pic], где ?-задержка одного элемента.
На рисунке 2-5 приведены схемы Т- и RST-триггеров, построенных на двух ФНР и ФНО соответственно. Обе схемы работают согласно временной диаграмме, приведённой на рисунке 2-5 внизу. Верхний нейрон Нм реагирует на положительный перепад счётного сигнала и называется ведущим (Master) элементом, а нижний нейрон Нs реагирует на отрицательный перепад счётного сигнала и называется ведомым (Slave) элементом. Ведомый нейрон Нs напоминает предыдущее состояние триггера на время, равное длительности запускающего сигнала. Это свойство схемы в некоторый момент времени содержать в себе информацию как о текущем, так и о предыдущем состоянии – очень важно. Как будет показано далее, оно широко используется при построении логических устройств на таких триггерах.

Рассмотрим работу триггера рисунка 2-5а. Допустим, что триггер находится в состоянии 0, то есть Q’=Q=0, и на вход Т поступает сигнал
(высокий потенциал). Этот сигнал возбуждает нейрон Нм через синапс с весом
+1, а нейрон Нs остаётся в невозбуждённом состоянии, поскольку в нём до переключения Нм возбуждены два синапса с весами +1 и –2 и суммарная активность[pic], а после переключения Нм возбуждены все три синапса с весами +1 и –2 и суммарная активность[pic]. Таким образом, пока на входе Т стоит высокий потенциал, Нм находится в возбуждённом состоянии, а Нs – в невозбуждённом. После снятия сигнала на входе Т (подан низкий потенциал) нейрон Нs также переходит в возбуждённое состояние благодаря синапсу, связанному с выходом Q’, а нейрон Нм не изменяет своего состояния.
Следовательно, за один период входного сигнала триггер переключается полностью из состояния 0 в состояние 1. Обратное переключение из состояния
1 в состояние 0 происходит аналогичным образом.

Максимальное быстродействие триггера на рисунке 2-5 в счётном режиме равно: [pic]. Для установки триггера в состояние 0 или 1 достаточно на соответствующий вход подать положительный импульс с длительностью [pic], то есть R- и S- входы триггера работают по асинхронному принципу.

На рисунке 2-6 показан ведущий-ведомый (Master-Slave) D-триггер
(далее будем называть MSD-триггером) с пара фазным входом и временная диаграмма его работы. При поступлении синхроимпульса его положительный перепад записывает информацию D в ведущем нейроне Нм, при этом состояние ведомого нейрона остаётся прежним. Отрицательный перепад синхроимпульса, состояние ведущего нейрона записывает в ведомом нейроне Нs. Как видно, информация на выходе этого триггера появляется с задержкой, равной длительности синхроимпульса. Поэтому этот триггер иногда называют также задержанным D-триггером в отличие от простого D-триггера.

Как известно, универсальным типом триггера является JK-триггер, который может работать как в режиме синхронного RS-триггера, так и в режиме
Т-триггера и MSD-триггера. Рассмотренный на рисунке 2-4 Т-триггер можно превратить в JK-триггер, если на управляющие входы y1 и y2 подать сигналы
J и K соответственно, а на вход Т подать синхроимпульсы. Если же на вход у1 подать сигнал D, а на вход y2 - сигнал[pic], то этот триггер превратится в
MSD-триггер с парафазным входом.

На рисунке 2-7 приведена схема JK-триггера на ИЛИ – нейронах. Хотя в схеме используются прямое и инверсное значения тактирующего сигнала, но соревнование (гонка) сигналов полностью отсутствует. При J=K=1 тактирующий сигнал не влияет на триггер. Если J=K=0 или эти входы объединены с входом
[pic], то триггер работает в счётном режиме, то есть превращается в Т- триггер. В остальных случаях тактирующий сигнал записывает входную информацию в триггер, причём снова верхний нейрон является ведущим, а нижний - ведомым.

Рассмотрим работу приведённого JK-триггера. В исходном состоянии отсутствует тактирующий сигнал, то есть C=0, а [pic]. При этом триггер может находиться либо в состоянии 0, либо в 1. Оба эти состояния триггера устойчивые. Действительно, допустим триггер находится в состоянии 0. Это означает, что Q=Q’=0. Нм не возбуждён, так как в нём возбуждены один положительный и один отрицательный входы, сумма весов которых меньше порога
(+1). Следовательно, состояние Нм устойчивое. В Нs возбуждён отрицательный вход, связанный с [pic]. Поэтому состояние Нs также устойчивое.