Память. Триггеры и защелки презентация

План
Защелки
RS-защелка
Синхронная RS-защелка
Синхронная D-защелка
Триггеры
Генератор импульса
D-триггеры

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.

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.

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).

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 «НЕ- И» и «НЕ-ИЛИ».
В литературе часто объединяют понятие триггера и защелки, называя и те и другие схемы триггерами.

1.Защелки
1.1 асинхронная RS-защелка
а – защелка с прямыми входами
б – защелка с инверсными входами

1.Защелки
1.1 асинхронная RS-защелка

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 SR-защелки 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.

Таблица переходов RS-защелки

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 «НЕ-ИЛИ» 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.

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.

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.

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.

Триггеры

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.

Обозначения D-защелок и D-триггеров

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 Т-триггеры.

Одноступенчатый Т-триггер

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.

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.

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

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.

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

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).

Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)

Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)
эти устройства могут быть использованы в регистрах, счетчиках, делителях частоты и других узлах

Одноступенчатый JK-триггер (универсальный)
Если J=K = «1», то получаем классический одноступенчатый Т-триггер.

Графические обозначения:
- может отсутствовать

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.

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.

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.

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.

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.

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 последовательно-параллельным переносом, когда используются различные комбинации способов переноса.

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

Двоичные счетчики

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.

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

Двоичные счетчики

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.