Цифровое устройство [ править | править код ]
Цифровое устройство (англ. Digital device ) – техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации в цифровой форме, используя цифровые технологии.
Физически цифровое устройство может быть выполнено на различной элементной базе: электромеханической (на электромагнитных реле), электронной (на диодах и транзисторах), микроэлектронной (на микросхемах), оптической.
В последнее время, ввиду достижений микро- и наноэлектроники, широкое распространение получили цифровые устройства на микроэлектронной элементной базе.
Цифровое устройство [ править | править код ]
Цифровое устройство (англ. Digital device ) – техническое устройство или приспособление, предназначенное для получения и обработки информации в цифровой форме, используя цифровые технологии.
Физически цифровое устройство может быть выполнено на различной элементной базе: электромеханической (на электромагнитных реле), электронной (на диодах и транзисторах), микроэлектронной (на микросхемах), оптической.
В последнее время, ввиду достижений микро- и наноэлектроники, широкое распространение получили цифровые устройства на микроэлектронной элементной базе.
Работу цифрового устройства или системы можно представить следующим образом:
- • для выполнения той или иной команды (функции, операции, преобразования) отводится некоторый определенный интервал времени Г. При этом используется генератор тактовых импульсов, который в общем случае формирует многофазную систему импульсов в виде управляющих сигналов, предназначенных для активизации начала выполнения отдельных операций команды;
- • на первой части интервала Т после активизации начала операции происходит преобразование всех входных кодовых слов в требуемые выходные кодовые слова;
- • на второй части интервала Т выходные кодовые слова отправляются па храпение в память цифровой системы, если потребуются в дальнейшем, или во внешнее устройство для выполнения определенных действий.
Из принципа работы следует: чем меньше интервал Т (больше тактовая частота), тем выше быстродействие цифровой системы.
По принципу действия, выполняемым функциям и схемным особенностям выделяют комбинационные и последовательностные цифровые устройства. Краткое описание особенностей каждого типа устройств и их сравнительная оценка приведены в табл. 3.1.
Для реализации операций над кодовыми словами необходимо представить их в виде электрических сигналов. Наибольшее распространение получил потенциальный способ представления, при котором одному из символов, например логическому 0, соответствует низкий уровень напряжения, а другому – высокий. Под операцией будем понимать любое действие, приводящее к изменению выходного слова по отношению к входному. Для выполнения операции на вход устройства подается цифровой сигнал в течение некоторого фиксированного промежутка времени. На время выполнения операции состояние входов устройства остается неизменным. Операция над кодовым словом может выполняться двумя основными способами:
Любой выходной сигнал Yn (и = 0. N– 1) однозначно определяется совокупностью значений (комбинацией) входных сигналов XM V . Хт. Х0, действующих в данный момент времени. Для описания устройств используются логические функции, в которые не входит время. Примером является сумматор, выходной сигнал которого зависит только от значений слагаемых
Любой выходной сигнал
Yn (п = 0 ЛГ– 1) зависит
не только от значений входных сигналов X., . X . Х0 в данный момент времени, но и от предшествующих значений сигналов и последовательности их поступления на вход устройства. Примером может служить счетчик, показания которого изменяются с поступлением каждого импульса. При описании устройств используется время
В схемах устройств отсутствуют обратные связи. Из-за отсутствия информации о своем внутреннем состоянии устройства не обладают памятью.
В схемах устройств используются обратные связи. Благодаря наличию информации о своем внутреннем состоянии и состоянии выхода устройства обладают памятью
Для построения устройства необходимо составить аналитическое описание, или структурную формулу
Устройство можно построить без аналитическою описания
Основное назначение комбинационных устройств – обработка данных или информации. С помощью таких устройств выполняются все логические и арифметические операции, операции контроля и диагностики функционирования цифровых систем, шифрации и дешифрации, формирования и преобразования логических функций, разделения потока цифровой информации по каналам и объединения потоков информации отдельных каналов в один поток и многие другие
Главной функцией таких устройств является храпение двоичной информации, или функция памяти. Помимо хранения данных некоторые устройства могут выполнять дополнительные функции: подсчет импульсов, сдвиг отдельных битов кодового слова, преобразование параллельного кода в последовательный и обратно, а также ряд других
- • последовательное (поразрядное, побитовое) выполнение операции, при котором символы кодового слова поступают последовательно во времени на единственный вход устройства и по завершении таким же образом выводятся из него. На рис. 3.1, а показано выполнение операции инверсии над 4-разрядным входным словом X.2X2XiXf) = 1001, при которой биты выходного слова F3 У2 F, F0 = ОНО принимают противоположные значения. Эту операцию реализует логический элемент, называемый инвертором;
- • параллельное выполнение операции, при котором символы кодового слова поступают одновременно на входы устройства и по завершении операции одновременно выводятся из него. На рис. 3.1, б показано выполнение той же операции над 4-разрядным входным словом Х..Х2Х^Хп. Для параллельной обработки входных слов необходимо располагать устройством, имеющим в общем случае М входов и N выходов.
В ряде случаев используется комбинированный способ обработки цифровой информации (рис. 3.1, в, г). Например, при передаче цифровой информации по двухпроводной линии от внешнего устройства микропроцессору выполняется преобразование цифровых данных из последовательного в параллельный код, а в обратную сторону – из параллельного кода в последовательный.
