Общие сведения об информации

Общие сведения об информации

Цифровые устройстваявляются составной частью всех ЭВМ, систем автоматического управления, автоматизированного управления и предназначены для обработки, хранения и передачи дискретной (цифровой) информации.

В узком смысле слова информация - отражение реального мира.

С точки зрения связистов и электронщиков – информация -это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

Информацию, воплощенную и зафиксированную в некоторой материальной форме, называют сообщениеми передают с помощьюсигналов.

Сигналоммогут служить любые физические явления или объекты, изменение параметров которых во времени несет информацию в прямом или закодированном виде (свет, звук, напряжение, ток, давление, и т.д.).

В общем случае информационное сообщение может быть представлено в виде функции x(t). Причем эта функция может принимать любые вещественные значения в диапазоне изменения аргументаt. Например, изменение температуры во времени и т.д.

Информационное сообщение может иметь как непрерывный, так и дискретный характер (рис.1.1, а и 1.1, б соответственно). В автоматизированных системах управления и в технике связи для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП) различных типов, дельта-модуляторы.

Классы сигналов.Среди множества сигналов можно выделить два типа сигналов, используемых для передачи, обработки и хранения информации. Этоаналоговыйидискретныйсигналы.

Аналоговымназывается сигнал, определенный для любого момента времени.

Дискретнымназывается сигнал, определенный только в дискретные моменты времени, например, через одну мсек. и т.д. Каждое значение дискретного сигнала может быть представлено числом любой приемлемой системы счисления. В цифровых системах представление дискретных значений сигнала числом, называется кодированием.

Кодирование чаще всего производится числами двоичной системы счисления.

Значение кодированного числа, представленное в привычной для нас десятичной системе счисления, определяет число уровней (К_n) квантования, т.е. дискретизации (рис. 1.2).

Шаг квантования (дискретизации) определяется как

_.

Число разрядов двоичного числа m, соответствующего К_n, определяется как

,

т.е. как целая часть логарифма максимального значения числа К_nmax, дополненного единицей.

Основы алгебры логики

Алгебра логики (АЛ) является основным инструментом синтеза и анализа дискретных автоматов всех уровней.АЛназывают также Булевой алгеброй.АЛбазируется на трёх функциях, определяющих три основные логические операции.

1. Функция отрицания(НЕ). f1 =`X читается, как f1 есть (эквивалентна)НЕХ. Элемент, реализующий функциюНЕ,называется элементомНЕ(инвертором).

Элемент НЕимеет два состояния.

2. Функция логического умножения(конъюнкции). Функция логического умножения записывается в виде f2=X₁·X₂. Символы логического умножения &,L, <×>,´. Функция конъюнкции читается так: f2есть(эквивалентна) Х₁иХ₂, поскольку функция истинна тогда, когда истинны 1-й и 2-й аргументы (переменные).Конъюнкциюназывают функциейИ, элемент, реализующий эту функцию, элементомИ.

В общем случае функцию логического умножения от n переменных записывают так:

Количество переменных (аргументов), участвующих в одной конъюнкции, соответствует количеству входов элементаИ.

3. Логическое сложение(дизъюнкция). Функция логическогосложениязаписывается в виде f3=X1 + X2, и читается так: f3естьХ1илиХ2, поскольку функция истинна, когда истинна одна или другая переменная (хотя бы одна). Поэтому функцию дизъюнкции часто называют функциейИЛИ. Символы логического сложения +,V.

В общем случае функция ИЛИзаписывается:

Используя операции (функции)И,ИЛИ,НЕможно описать поведение любого комбинационного устройства, задав сколь угодно сложное булево выражение. Любое булево выражение состоит из булевых констант и переменных, связанных операциямиИ,ИЛИ, НЕ.

Пример булева выражения:

.

Основные законы алгебры логики.Основные законы АЛпозволяют проводить эквивалентные преобразования функций, записанных с помощью операций И,ИЛИ,НЕ, приводить их к удобному для дальнейшего использования виду и упрощать запись.

ЗАКОНЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ Таблица 1.1

N	а	б	Примечание
	=1 X+0=X X+1=1 X+X=X X+ =1	=0 X*1=X X*0=0 X*X=X X* =0	Аксиомы (тождества)
	=X		Закон двойного отрицания
	X+Y=Y+X	X*Y=Y*X	Закон коммутативности
	X+X*Y=X	X =X	Закон поглощения
	= *		Правило де-Моргана (закон дуальности)
	+Z=X+Y+Z		Закон ассоциативности
	X+Y*Z=		Закон дистрибутивности

Булевой алгебре свойственен принцип двойственности, что наглядно иллюстрирован в табл. 1.1. Как следует из табл. 1.1, только закон двойного отрицания не подчиняется этому принципу.

Используя законы алгебры логики, можно упростить булевы выражения, в частности, правило склеивания позволяет упростить выражение типа

.

Действительно, используя законы 2, 5 и 11 можно записать исходное выражение в виде Х₂(Х₁+`Х<sub>1</sub>) =Х<sub>2</sub>. Так как логическая операция Х<sub>1</sub>+`Х₁= 1 (см. з-н 5), а Х₂×1 = Х₂(см. з-н 2б), полученное выражение истинно.

Способы задания функций алгебры логики.При сопоставлении функций АЛ с дискретными автоматами аргументы функций, сопоставляются с входами, а сами функции с выходами дискретного автомата.

Поскольку дискретный автомат имеет конечное число входов, то мы будем иметь дело с функцией конечного числа аргументов. Если автомат имеет m входов, то количество входных переменных тоже m и число возможных комбинаций наборов значений этих входных аргументов (переменных) К=2^m.

Поскольку автомат имеет конечное число входов, его состояние описывается конечным числом значений функций выходов. Существует несколько способов задания функций АЛи дискретного автомата.

1. Табличный способ. При этом способе функция задается в виде таблицы истинности, представляющей собой совокупность всех наборов переменных и соответствующих им значений функции.

Таблица истинности содержит 2^mстрок,mстолбцов (по количеству входов) и один столбец для записи значения функции.

Например: пусть требуется задать функцию трех переменных F1(Х1,Х2,Х3) (рис. 1.4), т.е. автомат на три входа и на один выход, следовательно, M=3, К=8.

Следующий способ задания дискретного автомата – числовой.В Этом случае функция задается в виде десятичных эквивалентов номеров наборов аргументов, при которых функция принимает единичное значение. Например, для рассмотренного выше примера функция F1 принимает единичные значения на наборах переменных со следующими номерами: 1, 2, 5, тогда числовой способ задания будет иметь вид

.

Координатный способ. При этом способе дискретный автомат задается с помощью карты его состояния, которая известна каккарта Карно.

Карта Карно содержит 2^mклеток по числу наборов значений переменных. Каждая клетка определяется координатами строк и столбцов, соответствующими определенному набору переменных. Все входные переменные разбиваются на 2 группы так, что одна группа определяет координаты строк, а другая - координаты столбцов. В каждой клетке карты Карно проставляется соответствующее значение функции на заданном наборе. Пример задания функции трех переменных приведен на рис. 1.5. Числовое выражение этой функции выглядит так:

Пример построения карты Карно для функции 4-х переменных. Пусть функция задана в числовой форме и имеет вид:

,

следовательно, К=16, m=4.

Сначала проводим разметку координат карты Карно без указания значений функции. Для удобства воспользуемся указанием "шапки" в виде прямых линий, “под” которыми переменные входят в значение координат без отрицания (рис.1.6). Таким образом, по столбцам и по строкам переменные входят без отрицания в пределах линии-шапки.

Для наглядности координаты клеток карты Карно указаны в трех формах: в виде наборов переменных; в виде двоичного числа, соответствующего порядковому номеру набора переменных; в десятичном эквиваленте номеров наборов переменных. На практике координаты внутри клеток не записывают (рис. 1.7), в клетках указываются единичные значения функции, соответствующие “координатным” наборам переменных. Нулевые значения функции в клетки можно не записывать, т.е. клетки, координаты которых определяются наборами переменных с нулевыми значениями функции, можно оставить пустыми.

Следует отметить, что перестановка местами переменных Х1 и Х2, а так же переменных Х3 и Х4 допускается, допускается также перестановка местами переменных Х1Х2 и Х4Х3. При построении карты Карно, т.е. при задании логической функции, указывают лишь внешние элементы разметки координат (рис. 1.7).

Аналитический способ задания функции алгебры логики. При этом способе функция задается в виде аналитического выражения, полученного путем применения каких-либо логических операций.

Например: .

Совершенная нормальная дизъюнктивная форма(СНДФ). По таблице истинности можно составить логическое выражение, содержащее наборы переменных, в которые входят все переменные с отрицанием или без. Одна из его форм называется СНДФ.

В качестве примера получения СНДФ рассмотрим случай задания логической функции в виде таблицы истинности. Пусть задана функция трех переменных. Таблица истинности этой функции показана на рис. 1.8. (очевидно, что значения функции взяты произвольно и могут быть любыми).

Из таблицы истинности видно, что функция принимает значение логической единицы только на трех наборах переменных, т.е. на 2, 4 и 5-м наборах. Для второй строки (второго набора переменных) можно записать: Х1=0, Х2=1, Х3=0, следовательно, функция f(0,1,0)=1. Принято (по умолчанию) считать, что если переменная в "нормальном" состоянии имеет значение логической единицы, а в инверсном - логического нуля, тогда функцию для второй строки можно представить в виде `X<sub>1</sub>Х<sub>2</sub>X<sub>3</sub>= 1. Для четвертой строки -`X₁X₂Х₃= 1 и для пятой строки - Х₁X₂Х₃= 1. Аналитическое выражение функции выглядит как

.

Каждое произведение содержит все три переменные с отрицанием или без отрицания и соответствует только одной строке набора переменных, на котором функция принимает значение логической единицы. Произведения, в которых содержатся все переменные с отрицанием или без, называются конституентамиединицы илиминтермами. Функция будет представлять логическую сумму всех произведений, равных логической единице. В нашем примере вся сумма (дизъюнкция) соответствует совокупности произведений переменных для трех строк.

СНДФ любой функции записывается по таблице истинности согласно следующему правилу.

Переменные каждой строки, имеющие значение логического 0, в конституенты входят с отрицанием (записываются в произведение в инвертированном виде), а переменные, имеющие значения логической 1 - без отрицания.

Любую логическую (булеву) функцию можно представить дизъюнкцией конституент. Если одно из произведений не содержит хотя бы одной переменной, то такая форма называется нормальной дизъюнктивной формой (НДФ).

Например: .

Совершенная нормальная конъюнктивная форма(СНКФ). СНКФ можно построить по таблице истинности также как СНДФ. Для чего все значения функции представляют в инверсном виде и записывают СНДФ для инверсной функции. Далее, используя закон де Моргана, получают конъюнкцию всех дизъюнкций. В каждую дизъюнкцию входят все переменные строки таблицы, для которой функция до инвертирования принимала значение логической 1.

Если (хотя бы одна) дизъюнкции, которые называются также макстермами (конституентами нуля), не содержат отдельные переменные, то такая форма записи функции называется нормальной конъюнктивной формой (НКФ).

Пример записи СНКФ. Пусть функция представлена в виде таблицы истинности (рис. 1.9).

Элементарные функции алгебры-логики.Среди всех функций алгебры логики особое место занимают функции одной и двух переменных, называемые элементарными. В качестве логических операций над переменными, эти функции позволяют реализовать различные функции от любого числа переменных.

Общее количество функций АЛ отmпеременных R=2^k, где k=2^m. Рассмотрим элементарные функции от двух переменных

Переменные и их состояния	Обозначение функции	Назначение Функции
X1 X2
f0					f0=0	Генератор 0
f1					f1=X1·X2	«И»
f2					f2=X1·
f3					f3=X1
f4					f4= ·X2
f5					f5=X2
f6					f6=X1 X2	Сумматор по модулю два
f7					f7=X1+X2	«ИЛИ»
f8					f8=	«ИЛИ-НЕ»
f9					f9=X1~X2	Функция равнозначности
f10					f10=	«НЕ» Х2
f11					f11=X1+
f12					f12=	«НЕ» Х1
f13					f13=+X2
f14					f14=	«И-НЕ»
f15					f15=1	Генератор 1

Абстрактный синтез

Абстрактный синтез включает:

• формирование задачи, словесное описание функций устройства, определение типа устройства;
• описание устройства на формализованных языках: таблица истинности, карта Карно, аналитическое выражение и т.д.;
• минимизация булевых функций;
• построение логической схемы устройства.

Схемный синтез

• переход в требуемый базис;
• построение принципиальной схемы;
• разработка монтажной схемы;
• изготовление устройства и его испытания.

В результате испытаний осуществляются корректировка схемы и подготовка технической документации.

Дешифраторы

Линейный или одноступенчатый дешифратор.Дешифратор - это комбинационное устройство, предназначенное для преобразования параллельного двоичного кода в унитарный, т.е. позиционный код. Обычно, указанный в схеме номер вывода дешифратора соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода, подаваемого на вход дешифратора в качестве входных переменных, вернее сказать,что при подаче на вход устройства параллельного двоичного кода на выходе дешифратора появится сигнал на том выходе, номер которого соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода.Отсюда следует то, что в любой момент времени выходной сигнал будет иметь место только на одном выходе дешифратора. В зависимости от типа дешифратора, этот сигнал может иметь как уровень логической единицы (при этом на всех остальных выходах уровень логического 0), так и уровень логического 0 (при этом на всех остальных выходах уровень логической 1). В дешифраторах каждой выходной функции соответствует только один минтерм, аколичество функций определяется количеством разрядов двоичного числа. Если дешифратор реализует все минтермы входных переменных, то он называется полным дешифратором (в качестве примера неполного дешифратора можно привести дешифратор двоично-десятичных чисел).

Рассмотрим пример синтеза дешифратора (полного) 3 ®8, следовательно, количество разрядов двоичного числа - 3, количество выходов - 8.

Таблица состояний дешифратора

Х3Х2Х1	Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1	1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Как следует из таблицы состояния, каждой функции соответствует только один минтерм, следовательно, не требуется минимизировать эти функции (рис. 2.9).

Из полученных уравнений и схемы дешифратора следует, что для реализации полного дешифратора на m входов (переменных) потребуются n = 2^mэлементов конъюнкции (количество входов каждого элемента “И” равно m)и m элементов отрицания.

Пирамидальные дешифраторы.Пирамидальные дешифраторы позволяют реализовать схему на базе только двухвходовых элементов логического умножения (конъюнкции). Рассмотрим пример реализации дешифратора 3®8

Для построения такого дешифратора потребуется 12 двухвходовых элементов 2И и три инвертора. Пирамидальные дешифраторы при больших количествах входных переменных позволяют несколько упростить конструкцию устройства, т.е. уменьшить количество интегральных микросхем.

Промышленностью стран СНГ, в том числе и России, выпускаются различные модификации дешифраторов в интегральном исполнении. Обозначение дешифраторов на принципиальных схемах показано на рис. 2.10.

Двухступенчатые дешифраторы на интегральных микросхемах. Пример дешифратора для пятиразрядного двоичного кода. Каждый дешифратор выполнен с управляющими входами, объединенными конъюнктивно. При выполнении условия конъюнкции на выходе, номер которого соответствует десятичному эквиваленту двоичного кода, появится уровень логического “0”. В противном случае все выходы находятся в состоянии логической единицы (рис.2.11). Как следует из рис. 2.11, пятиразрядный дешифратор, имеющий 32 выхода, выполнен на базе четырех дешифраторов с использованием лишь одного дополнительного инвертора, что достигнуто благодаря наличию входной управляющей логики каждой интегральной микросхемы. Нетрудно заметить, что входная логика дешифраторов КР1533ИД7 позволяет реализовать функцию дешифратора 2®3 без дополнительных элементов, а полного дешифратора 2®4 с использованием одного инвертора.

Шифраторы

Шифратор- это логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n разрядный двоичный код. Таким образом, шифратор - это комбинационное устройство, реализующее обратную дешифратору функцию.

Пример шифратора для трех переменных.

Таблица состояния шифратора:

Схема шифратора семиразрядного позиционного кода в трехразрядный двоичный код приведена на рис. 2.12.

Мультиплексоры

Мультиплексор - коммутатор цифровых сигналов. Мультиплексор представляет собой комбинационное устройство с mинформационными,nуправляющими входами и одним выходом. Функционально мультиплексор состоит из m элементов конъюнкции, выходы которых объединены дизъюнктивно с помощью элемента ИЛИ с m входами. На одни входы всех элементов конъюнкции подаются информационные сигналы, а другие входы этих элементов соединены с соответствующими выходами дешифратора с n входами.

Функциональная схема мультиплексора приведена на рис.2.13.

Из рис. 2.13. следует, что мультиплексор содержит дешифратор на соответствующее число выходов (число выходов дешифратора определяется числом информационных входов мультиплексора), элементы конъюнкции на два или на три входа каждый и элемент дизъюнкции с числом входов, равным количеству информационных линий D0 . . . Dm. Число входов элементов И может быть равным только двум, однако, во многих случаях возникает необходимость стробирования выходного сигнала мультиплексора импульсами независимого источника. В таких случаях в структуре мультиплексора используются элементы И с тремя входами. Одни из входов всех элементов конъюнкции, в последнем случае, объединяются, и по этой линии подается сигнал разрешения работы мультиплексора (стробирующий сигнал). Наличие дополнительного управляющего входа расширяет функциональные возможности мультиплексора и позволяет проще реализовать методы борьбы с гонками.

На рис. 2.14 показано обозначение мультиплексора на принципиальных и функциональных электрических схемах.

Из уравнения мультиплексора видно, что на его выход будет передаваться сигнал только с одного входа, номер которого совпадает с числом, соответствующим кодовой комбинации Х1 и Х2. Если Х1=Х2=0, на выход мультиплексора будет передаваться сигнал с входа D0. Когда на адресных (управляющих) входах Х1=1 и Х2=0, то на выход будет передаваться сигнал с входа D1 и т.д.

Мультиплексоры нашли широкое применение в вычислительной технике в качестве коммутаторов цифровых сигналов. Они используются в компьютерах и микропроцессорных контроллерах для коммутации адресных входов динамических оперативных запоминающих устройств, в узлах объединения или разветвления шин и т.д. На базе мультиплексоров можно построить различные комбинационные устройства с минимальным числом дополнительных элементов логики. Следует отметить, что мультиплексоры хотя, и предназначены для коммутации цифровых сигналов, но с помощью мультиплексоров, изготовленных по КМОП технологии, можно коммутировать и аналоговые сигналы.

Универсальные логическиемодули(УЛМ) на МS. Кроме коммутационных функций, мультиплексоры позволяют реализовать комбинационные устройства на m(m-количество управляющих входов) входов и на один выход. Если комбинационное устройство, построенное на базе мультиплексора, не требует подключения дополнительных элементов логики, оно называется универсальным логическим модулем. Отметим, что мультиплексор 8®1 (3 управляющих и 8 информационных входов) позволяет реализовать любую функцию трёх переменных.

Для получения УЛМ управляющие входы мультиплексора представляют как информационные, а информационные входы - как настроечные (следовательно, у мультиплексора 8 ®1 будут три информационных и 8- настроечных входов).

Пусть функция задана в виде карты Карно (рис.2.15).

При построении УЛМ на карте Карно минимизационные контуры не проводятся. По карте записывается СHДФ с учетом состояния информационных (настроечных) входов мультиплексора.

Cопоставляя полученную СHДФ с формулой мультиплексора, определяем номера коэффициентов “а”, т.е.

Следовательно, эти коэффициенты равны единице, т.е. D₀= D₃= D₅= D₆= 1, а на остальных настроечных входах логические нули, т.е. D₁= D₂= D₄= D₇= 0.

Схема комбинационного устройства, построенного на базе мультиплексора 8-1 и реализующего функцию f (x), приведена на рис. 2.16.

Как следует из рис. 2.16, построение комбинационного устройства на базе мультиплексора сводится к объединению настроечных входов так, чтобы получилось две группы. К одной группе входов, в соответствии с заданной функцией, подают логический “0”, а другой - “1”.

На базе мультиплексоров можно синтезировать комбинационные устройства, которые могут реализовать функции на большее число переменных, чем количество управляющих входов мультиплексора. Очевидно, и в этом случае, мультиплексор сохраняет свою универсальность, так как часть переменных реализуемой функции непосредственно подается на входы Х₁. . . Х_m мультиплексора (количество переменных, непосредственно подаваемых на управляющие входы мультиплексора равно m).

Синтез комбинационного устройства на мультиплексоре, реализующего функцию с числом переменных больше, чем число управляющих входов мультиплексора. Часто использование мультиплексора при синтезе КУ существенно упрощает этот процесс и схему цифрового автомата.

В общем случае, когда требуется синтезировать КУ, реализующее функцию N аргументов на мультиплексоре с M управляющими входами и 2^Минформационными входами, М младших переменных из набора Х₁, Х_2, . . . . Х_N следует подать на управляющие входы, а информационные сигналы (настроечные) D₀, D₁, . . . . D₂^мнужно представить функциями остальных (N - M) переменных, как показано на рис. 2.17. Тогда синтез КУ сводится, по сути дела, к синтезу схемы формирования информационных сигналов, которую можно рассматривать как внутреннее более простое КУ.

Рассмотрим пример синтеза КУ для реализации функции пяти переменных на мультиплексоре с двумя управляющими входами. Тогда “младшие” переменные Х₁и Х₂подаются на управляющие входы Х1и Х2, соответственно. Выходную функцию Y будет определять карта Карно управления информационными входами (рис. 2.18). Каждый информационный сигнал, в свою очередь, является функцией трех переменных: Х₃, Х₄, Х₅. Для каждого информационного сигнала можно составить карту Карно и с её помощью минимизировать логическое выражение функций D₀, D₁, D₂и D₃. По минимизированным логическим выражениям строится схема формирования информационных сигналов (настройки) в любом известном базисе.

На мультиплексорах с двумя управляющими входами легко можно синтезировать КУ при числе переменных N £ 6. На мультиплексорах с тремя и четырьмя управляющими входами можно синтезировать функции и большего количества переменных. Карты управления информационными входами для этих случаев показаны на рис. 2.18.

При синтезе КУ на мультиплексорах можно использовать следующий алгоритм действий:

-составить таблицу истинности КУ;

-подать на управляющие входы мультиплексора младшие переменные;

-представить информационные сигналы функциями остальных переменных и составить карту Карно для каждого информационного сигнала;

- минимизировать логические выражения для сигнала на каждом информационном входе;

- по логическим выражениям составить схему формирования сигналов, подаваемых на информационные входы мультиплексора.

Синтез пороговой ячейки

Пороговая ячейка. Составим логическую цепь трехвходовой пороговой ячейки, сигнал на выходе которой будет равен 1; когда на ее входах присутствует не менее двух единиц.

1. Составим таблицу функционирования.

	X1	X2	X3	F

2. Для составления логической функции необходимо составить сумму конъюнкций (произведений) всех логических переменных, соответствующих тем строкам, где логическая функция равна 1, причем в конъюнкциях переменная берется без инверсии, если она равна 1, и с инверсией в противном случае:

3. Минимизация полученного выражения. Применим для членов 3 и 4 закон склеивания.

Умножим последнее слагаемое на (1+Х₃) (это не изменит общее выражение) и повторим предыдущую процедуру.

Вновь умножим третье слагаемое на (1+Х₃):

Применим для слагаемых 3 и 4 закон поглощения. Получим

- это и есть минимизированная функция.

4. Приведем функцию к виду, удобному для реализации на элементах И-НЕ:

.

Применим правило Моргана: Y=

Это выражение можно реализовать в базисе И-НЕ.

Исходя из полученного выражения составим схему (рис.2.19)

Рис. 2.19. Схема пороговой ячейки

RS - триггер

Важным методом, используемым для описания функционирования RS- триггера, является метод таблиц состояний (таблиц переходов). Таблица состояний (рис. 3.3.а) RS-триггера в сокращенной форме (эту таблицу называют также управляющей таблицей, таблицей функционирования) содержит два входных сигнала (сигналы R и S) и один выходной сигнал Q (функция). Хотя триггеры имеют два выхода - один прямой Q, а другой - инверсный `Q,в описании триггера и в таблице состояний указывают лишь состояние прямого выхода Q.

Из таблицы состояний триггера видно, что при подаче на вход R уровня лог. «1» триггер принимает состояние логического «0», а при подаче управляющего сигнала «1» на вход S - состояние «1». Следует отметить также, что если до подачи управляющего сигнала, например, на вход R, триггер находился в состоянии логического «0», его состояние не изменится и после подачи сигнала «1» на вход R. Если на обоих входах триггера имеются уровни логического «0»- это состояние соответствует режиму хранения и триггер сохраняет предыдущее состояние. В таблице это состояние обозначено условно Q⁰. При подаче на входы R и S одновременно уровня «1» триггер будет находиться в неопределенном (или неправильном) состоянии, поэтому такое сочетание сигналов R и S называется запрещенной комбинацией управляющих сигналов и в таблице состояний обозначается буквойa.

Сокращенная таблица состояний триггера отражает лишь динамику изменения состояния триггера и не учитывает свойство триггера запоминать единицу информации. Полная таблица состояний триггера должна учитывать влияние (на процесс управления) значения предыдущего состояния триггера Q⁰. Причем Q⁰представляется как входная переменная. Полная таблица состояний RS -триггера приведена на рис. 3.3, б.

Таблицу состояний строят так же, как и таблицу истинности.

Анализ таблицы показывает, что только в ситуациях, описываемых строками 4 и 5, происходит изменение состояния триггера.

Рис. 3.3. RS - триггер: а) - упрощенная таблица состояний; б) полная таблица

переходов; в) Карта Карно; г) RS - триггер, управляемый сигналом низкого

уровня ( триггер); д) RS - триггер на элементах базиса ИЛИ-НЕ

Рассмотрим строку 4. После того, как подается сигнал на вход R, триггер сбрасывается, т.е. переходит из состояния “1” в состояние “0”.

Рассмотрим строку 5. Триггер устанавливается, т.е. переходит из состояния “0” в состояние “1”, в результате подачи сигнала “1” на вход S. Для строк 1 и 2 сигналы S =0^1*и R=0, и, следовательно, никаких изменений в состоянии триггера не происходит. Для строки 3 сигнал R=1, и этот сигнал в нормальных условиях должен сбросить триггер, но так как триггер уже “сброшен” и Q = 0, то сигнал R = 1 не изменяет его состояние.

Аналогично для строки 6 сигнал S = 1, и этот сигнал в обычных условиях будет устанавливать триггер в “1”, но Q = 1, и, следовательно, состояние триггера останется без изменений до поступления следующего сигнала R.

Особенность RS-триггера заключается в том, что при подаче одновременно на входы R и S сигнала, соответствующего логической 1, состояние триггера становится неопределенным: на обоих выходах Q и`Q установится уровень “1”, а после снятия со входов управляющих сигналов, в силу случайных причин, триггер может установиться в состояние “0” либо “1”. Очевидно, чтодля нормальной работы триггера необходимо исключить указанное сочетание входных сигналов, приводящее к неопределенному состоянию, что можно осуществить, предусмотрев выполнения запрещающего условия R×S=0.

Из таблицы состояний может быть получено уравнение, описывающее поведение триггера. Это уравнение носит название характеристического уравнениятриггера. Оно показывает, как меняется состояние триггера в зависимости от текущих значений состояния и входов.

Для получения упрощенного аналитического выражения, описывающего поведение RS-триггера, построим карту Карно и проведем соответствующие контуры (рис. 3.3, в). Полученное характеристическое уравнение триггера имеет вид

<