С помощью устройств, реализующих простые логические функции отрицания, дизъюнкции и конъюнкции, можно построить устройство, реализующее любую логическую функцию.
Потому что сигнал, произведенный одним логическим элементом, можно подавать на вход другого элемента, то это дает возможность создавать цепочки из отдельных логичных элементов. На рисунке 29 показаны примеры таких цепочек на рисунке 29а элемент логического умножения (X * Y) соединен с элементом их возражения (X * Y), на рисунке 29б элемент логического сложения (X + Y) соединен с элементом возражения этой дизъюнкции (X + Y). Каждый такой цепочку будем называть логическим устройством: ведь она состоит из нескольких элементов. Соответствующие схемы называются функциональными схемами.
На рисунке приведены две больше сложные функциональные схемы. Анализируя функциональную схему, можно понять, как работает логическое устройство. Не менее важной формой описания логических устройств - структурная формула. Покажем на примере, как выписывают формулу по заданной функциональной схеме.
Обратимся к рисунку 30а. Ясно, что в элементе ИЛИ осуществляется логическое сложение значений НЕ Х и Y, т, е. Вычисляется значение логического сложения Y + HEX. Над результатом в элементе НЕ осуществляется операция отрицания, то есть вычисляется значение выражения НЕ (Y + HE Х). Формула F = HE (Y+HE Х) и структурная формула логического устройства.
Структурная формула устройства, функциональная схема которого изображена на рис. 30б выглядит В = НЕ (НЕ Х ~ НЕ Г). Устройство вычисляет отрицание значения логического умножения значений НЕ (Х и Y).
Важно уметь решать и обратную задачу: по структурной формуле вычерчивать соответствующую функциональную схему.
Пример. Пусть дана структурная формула F = нетях + Y * НЕ Х. Начертим соответствующую функциональную схему.
Ясно, что над значением Х и Y будет выполняться операция отрицания - для этого необходимы два элемента HE. Необходимы и два элемента И: у них будут складываться значение логических умножений НЕ на Х, и Y на НЕХ. Схема будет такой, какой показано на рисунке 31 (кстати, такая схема определяет одноразрядный сумматор).
Результат можно проверить известным способом - с помощью таблиц:
Несмотря на последние колонки, можно действительно убедиться, что схема выступает в роли сумматора (сравните ее с основной таблицей дизъюнкции g 23 Алгебра суждений).
Структурные формулы исчерпывающим образом описывают логический преобразователь информации. Из формулы ясно, истинность которых сложных высказываний может определить данный логическое устройство. Тождественно преобразуя структурную формулу, можно получить более простую, которая задаст и более простой логический преобразователь информации.
Теперь становится ясным, что используя простые логические базовые структуры, можно набрать очень сложные электронные устройства. Так исторически и произошло. Изначально технология позволила создать триггер, затем регистр. Появились и другие, используемые в компьютере электронные образцы: коммутаторы, счетчики, шифраторы, дешифраторы и другие интегральные схемы. А венцом всех этих приборов в 1971 году стал микропроцессор (МП) - более большая интегральная схема (свес). Но все по порядку.
Триггеры - это устройство, которое может запоминать коды 0 и 1, демонстрировать их, а в случае необходимости и забывать.
Другими словами, триггер, это самый цифровой автомат с памятью. Далее, появились регистры.
Регистр - устройство, предназначенное для приема и запоминания кода одного числа, а также для выполнения определенных операций над этим кодом. Он представляет собой упорядоченную совокупность (цепочка) триггеров схеме управления входящими и исходящими сигналами.
Объединив триггеры с логическими элементами, можно получить быстродействующий бесконтактный переключатель - коммутатор. Непрерывную очередь импульсов он будет поочередно направлять по розным электрических цепях, например первый импульс - в один провод, второй - в другой и т. Д
Соединение коммутатора с логическими элементами позволяет создать шифратор, что превращает однообразную последовательность одинаковых импульсов в шифровку из импульсов и пауз, чередующихся в заданном порядке.
Счетчик - устройство, представляющее собой совокупность определенным образом соединенных триггеров, и предназначено для подсчета числа сигналов, поступающих на его вход, и фиксации этого числа в виде круга, сохраняется в триггерах. Счетчик используется для формирования адреса ячеек запоминающих устройств и счета количества циклов выполнения операций.
Дешифратор - это логическая схема, в зависимости от заданной последовательности нулей и единиц, то есть от заданного кода, направляет управляющий сигнал на один из выходов, которому соответствует свой код.
Рассмотренные функциональные устройства представляют собой некоторые совокупности различных электронных схем.
Совокупность нескольких взаимосвязанных компонентов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т. д), изготовление одновременно в едином технологическом цикле на одной и той же несущей конструкции (подложке), называется интегральной микросхемы.
Монокристалл кремния разрезают на очень тонкие пластины, которые шлифуются и полируются до зеркального блеска. На 1 мм. Такой пластины получают несколько сотен тысяч транзисторных структур. Некоторые большие интегральные схемы (Сбисы) на кристаллах размерами 5 * 6мм. Содержат около 5000000 активных элементов и представляют собой целые универсальные ЭВМ.
Применяемую сейчас технологию производства интегральных схем можно назвать «многоэтажной», потому что активные элементы образуют на полупроводниковой пластине не один, а несколько слоев.
Интенсивно ведется поиск принципиально новых способов построения интегральных схем, позволяющих создавать на одной подложке не только объемную структуру, но и возможность синтеза «интегральных схем» на молекулярном и суб молекулярном уровнях.
Контрольные вопросы.
1. Что такое логический элемент?
2. Перечислить логические элементы.
Список литературы.
Основной:
1. Коляда А.Я. Курс информатики 10-11 класс, Донецк, 2000.
2. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. Харьков, 2001, 638 стр.
3. Семакин С.В. Информатика, Киев, 2000.
4. Ефимова П.Я. Информатика. Информационные технологии, Киев, 2000, 425 стр.
Дополнительной:
5. Пушкарь А.И. Информатика. Компьютерные технологии - М.: Издательский центр «Академия», 2001.