Podział układów cyfrowych

Podział układów
cyfrowych
rkijanka
W zależności od przyjętego
kryterium możemy wyróżnić kilka
sposobów podziału układów
cyfrowych. Poniżej podam dwa z
nich związane ze sposobem
funkcjonowania układów cyfrowych
oraz podział ze względu na stopień
ich upakowania, czyli scalenia
Układy kombinacyjne i sekwencyjne
Definicja
Układem kombinacyjnym nazywamy taki
układ cyfrowy, w którym stan wejść
jednoznacznie określa stan wyjść układu.
Definicja
Układem sekwencyjnym nazywamy
układ cyfrowy, w którym stan wyjść
zależy od stanu wejść oraz od poprzednich
stanów układu.
Układy asynchroniczne i synchroniczne
Definicja
Asynchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego
w dowolnym momencie jego pracy stan wejść oddziałuje na
stan wyjść.
Dla układów tych możemy zatem stwierdzić, że ich własności
nie zależą od przebiegu czasowego.
Definicja
Synchronicznym nazywamy taki układ cyfrowy, dla którego
stan wejść wpływa na stan wyjść jedynie w określonych
odcinkach czasu pracy układu zwanych czasem czynnym,
natomiast w pozostałych odcinkach czasu zwanych czasem
martwym stan wejść nie wpływa na stan wyjść. Odcinki czasu
czynnego i martwego wyznaczane są przez podanie
specjalnego przebiegu zwanego przebiegiem zegarowym lub
taktującym na wejście zegarowe lub taktujące.
Oznaczenia wejść zegarowych układów cyfrowych
Układ reaguje na poziom wysoki
CLK
Układ reaguje na poziom niski
CLK
Układ reaguje na zbocze narastające
Układ reaguje na zbocze opadające
CLK
CLK
Układ kombinacyjny
Najprostszym przykładem układów
kombinacyjnych są bramki. Jedną z cech
układów kombinacyjnych jest możliwość
przedstawienia ich działania (opisu) w postaci
tabeli prawdy. Jest to oczywiste, gdyż tabela
prawdy podaje właśnie zależność sygnałów
wyjściowych od wejściowych. Inną cechą
układów kombinacyjnych jest możliwość ich
realizacji przez proste połączenie
odpowiedniej liczby i rodzaju bramek bez
sprzężeń zwrotnych
Układ sekwencyjny
Klasycznym przykładem może być tu licznik.
Znajomość stanu jego wejścia zliczającego „pojawił się kolejny impuls do zliczenia" - nie
pozwala jeszcze określić, jaka liczba zliczonych
impulsów pojawiła się na jego wyjściu.
Do określenia tej wielkości potrzebna jest nam
znajomość liczby impulsów, które wcześniej
zliczył licznik (i którą musiał pamiętać).
Najprostszymi układami z pamięcią, czyli
najprostszymi układami sekwencyjnymi, są
przerzutniki.
Pojęcie i zasada działania magistrali
W systemach mikroprocesorowych istnieje
konieczność zapewnienia komunikacji pomiędzy
wieloma układami. Przykładami tych układów są:
mikroprocesor, pamięć RAM, ROM i układy
wejścia/wyjścia. Połączenie wielu układów metodą
każdy z każdym doprowadziłoby do nadmiernej
liczby połączeń i jest praktycznie nierealne.
Dlatego stosuje się sposób połączenia
tych układów za pomocą tak zwanej
magistrali.
magistrala
Magistrala jest wspólną drogą, dzięki której
komunikują się pomiędzy sobą poszczególne
układy wchodzące w skład systemu. Aby jednak
zapewnić poprawne jej funkcjonowanie i brak
kolizji pomiędzy połączonymi nią układami,
magistrala obsługiwana jest według ściśle
określonych, podanych w definicji reguł.
Magistrala - definicja
Magistralą nazywamy zestaw linii oraz
układów przełączających, łączących d w a lub
więcej układów mogących być nadajnikami lub
odbiornikami informacji. Przesyłanie informacji
zachodzi zawsze pomiędzy dokładnie jednym
układem b ę d ą c y m nadajnikiem a dokładnie
jednym układem będącym odbiornikiem przy
pozostałych układach odseparowanych od linii
przesyłających.
wnioski
układy dołączone do magistrali muszą mieć
możliwość elektrycznego odseparowania się od
linii, którymi przesyłana jest informacja.
W przypadku jednoczesnego dołączenia do
linii przesyłającej dwóch nadajników mógłby
wystąpić konflikt, gdyby przykładowo jeden z
nich próbował 1 wymusić stan logiczny linii
równy 0, a drugi 1.
Układami zapewniającymi możliwość
separacji są właśnie bramki trójstanowe.
Bramki trójstanowe
W układach cyfrowych, a szczególnie w
układach i systemach mikroprocesorowych
(a więc i w komputerach) występuje często
potrzeba odseparowania elektrycznego
dwóch lub więcej punktów w systemie, na
przykład wyjścia pewnego układu i wspólnego
przewodu, którym przesyłamy informację.
Odseparowanie elektryczne oznacza, że
wartości wielkości elektrycznych (takich jak
napięcie czy prąd) w obu punktach nie wpływają
wzajemnie na siebie i mogą przyjmować
dowolne dozwolone wartości.
Układami umożliwiającymi odseparowanie dwóch
punktów w układzie są tak zwane bramki trójstanowe.
ENABLE
Schemat logiczny bramki trójstanowej
WE
ENABLE
WY
0
1
0
1
1
1
x
0
z
Klucz (przełącznik) występujący w schemacie tej
bramki jest oczywiście kluczem elektronicznym.
Stan Z występujący w tabeli opisującej działanie
bramki trójstanowej oznacza stan wysokiej
impedancji, czyli właśnie brak wzajemnego wpływu
wartości elektrycznych na wejściu na wartości
elektryczne na wyjściu bramki.
Stan Z jest więc w pewnym sensie trzecim
stanem, oprócz stanów 0 i 1, w którym może się
znajdować bramka, stąd też bierze się jej nazwa.
W przypadku zamknięcia klucza bramka ta
transmituje wartość sygnału logicznego z wejścia na
wyjście.
Idea działania magistrali
NAD wymusza stan
linii magistrali, czyli
jest nadajnikiem
informacji.
Układ ODB czyta
stan linii
magistrali, czyli
jest odbiornikiem
informacji.
Pozostałe układy
są nieaktywne,
odseparowane
elektrycznie od
linii magistrali i nie
biorą w danym
momencie udziału
w transmisji.
PAMIĘCI CD>