Последовательные цифровые устройства.

Последовательные цифровые устройства (ПЦУ) характеризуются тем, что выходные сигналы зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от последовательности значений входных сигналов, поступивших на входы в предшествующие моменты времени. Структурная схема ПЦУ показана на рисунке:

КЦУ — комбинационное цифровое устройство, ЗУ — запоминающие устройство, Т1, T2...ТК — ячейки памяти (триггер), т. е. ПЦУ обладают памятью.

Триггер — простейшее ПЦУ, предназначенное для записи и хранения одноразрядных двоичных чисел.
Входные триггера разделяются на информационные и управляющие.
Информационные входы обозначаются следующим образом:
S — вход для установки в состояние «1»;
R — вход для установки в состояние «0»;
J — вход для установки в состояние «1» в универсальном триггере;
K- вход для установки в состоянии «0» в универсальном триггере;
Т — счётный (общий) вход;
D — вход для установки в состояние «1» или состояние «0».
Управляющие входы обозначаются:
V — для разрешения приёма информации (иногда обозначается буквой Е);
С — Вход синхронизации.
Триггеры имеют 2 выхода; Q — прямой, Q — инверсный.
Триггеры можно классифицировать по способу приёма информации, принципу построения, функциональным возможностям.
По способу приёма информации триггеры подразделяются на асинхронные и синхронные. Асинхронные триггеры воспринимают информационные сигналы и реагируют на них в момент появления на входах триггера. Синхронные триггеры реагируют на информационные сигналы при наличии разрешающего сигнала на специальном управляющем входе С, называемом входом синхронизации. Синхронные триггеры подразделяются на триггеры со статическим и динамическим управлением по входу С. Триггеры со статическим управлением воспринимают информационные сигналы при подаче на С — вход уровня 1 (прямой С — вход). Триггеры с динамическим управлением воспринимают формационные сигналы при изменении сигнала на С — входе от 0 к 1(прямой динамический С — вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С — вход).
По принципу построения триггеры со статическим управлением делятся на одноступенчатые и двух ступенчатые. Одноступенчатые триггеры характеризуются наличием одной ступени запоминания информации, двухступенчатые триггеры имеют две ступени запоминания информации. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе.
Двухступенчатый триггер обозначают через ТТ.

Регистр — это последовательное логическое устройство, используемое для хранения n — разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове (обычно от 4 до 16). На схемах регистры обозначаются буквами RG. Регистр обеспечивает выполнение следующих типичных операций:

· приём слова в регистр;

· передача слова из регистра;

· поразрядные логические операции;

· сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;

· преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;

· установка регистра в начальное состояние (сброс).

Регистры классифицируются по следующим видам:

· накопительные (регистры памяти, хранения);

· сдвигающие

в свою очередь сдвигающие регистры делятся:

o по способу ввода-вывода информации на

o параллельные,

o последовательные,

o комбинированные;

o по направлению передачи информации на

o однонаправленные

o реверсивные

Структура параллельного регистра показана на рисунке:

Счётчики представляют более высокий, чем регистры, уровень сложности цифровых микросхем, имеющих внутреннюю память. Хотя в основе любого счётчика лежат те же самые триггеры, которые образуют и регистры, но в счётчиках триггеры соединены более сложными связями, в результате чего их функции сложнее, и на их основе можно строить более сложные устройства, чем на регистрах. Точно так же, как и в случае регистров, внутренняя память счётчиков — оперативная, то есть её с одержимое сохраняется только до тех пор, пока включено питание схемы. Как следует из самого названия счётчик импульсов — это последовательностное цифровое устройство, обеспечивающее хранение слова информации и выполняющего над ним микрооперации счёта, заключающейся в изменении значения числа в счетчике на 1.
Основной параметр счётчика — модуль счёта. Это максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначаются через СТ (от англ. Counter). Счетчики классифицируют:
По модулю счёта:

· двоично — десятичные;

· двоичные;

· с произвольным постоянным модулем счёта;

по направлению счёта:

· суммирующие;

· вычитающие;

· реверсивные;

Цифровые запоминающие устройства (ЗУ). Цифровые запоминающими называют устройства, предназначены для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Они представляют собой более сложные цифровые устройства по сравнению с рассмотренным ранее. Каждый код хранится в отдельном элементе, называемом ячейкой памяти.
К основным параметром запоминающих устройств (ЗУ) относятся информационная ёмкость, потребляемая мощность, время хранения кодов, быстродействие.
Информационная ёмкость — это объём памяти, т. е. количество кодов (m) которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов (n). Информационная ёмкость N определяется выражением: N = n • m.
Для обозначения количества ячеек памяти используется следующие специальные единицы измерения:

· 1К — это 1024, то есть 210 (читается «кило-» или «ка-»), при мерно равно одной тысяче;

· 1М — это 1048576, то есть 220 (читается «мега-»), примерно равно одному миллиону;

· 1Г — это 1073741824, то есть 230 (читается «гига-»), примерно равно одному миллиарду.

Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) пишется разрядность кода, хранящегося в одной ячейке. Например, организация памяти 64К х 8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и каждая ячейка — восьмиразрядная. Информационная ёмкость N = 65536 • 8 = 524288 бит.
Потребляемая мощность — мощность, потребляемая ЗУ в установившемся режиме работы.
Время хранения информации — интервал времени, в течение которого ЗУ сохраняет информацию в заданном режиме.
Быстродействие — промежуток времени, необходимый для записи или считывания информации.
В зависимости от способа занесения (записи) информации и от способа хранения информации микросхемы памяти разделяются на следующие три основные типа:

Оперативные запоминающие устройства. ОЗУ (RAM) подразделяются на статически и динамические.
Каждая ячейка оперативной (статической) памяти представляет собой, по сути, регистр из триггерных ячеек, в который может быть записана информация и из которой можно информацию читать. Выбор того или иного регистра (той или иной ячейки памяти) производится с помощью кода адреса памяти. Поэтому при выключении питания вся информация из оперативной памяти пропадает (стирается).

Постоянные запоминающие устройства. В ПЗУ информация заносится раз и навсегда.
ПЗУ можно разделить на следующие группы:

· Программируемые при изготовление (обозначают как ПЗУ или ROM);

· С однократным программированием, позволяющим пользователю однократно изменить состояние матрицы памяти электрическим путём по заданной программе (обозначают как ППЗУ или PROM);

Перепрограммируемые (репрограммируемые), с возможностью многократного электрического перепрограммирования, с ультрафиолетовым (обозначают как РПЗУУФ или EPROM) или электрическим (обозначают как РПЗУЭС или EEPROM, или) cтиранием информации.