Комбінаційні пристрої
Комбінаційними пристроями називають такі у яких стан виходів у будь-який момент часу однозначно визначається станом входів. У цьому розділі розглянемо побудову та роботу наступних пристроїв: дешифратори, мультиплексори, суматори та арифметико-логічні пристрої.
Дешифратори.
За способом схемотехнічної реалізації дешифратори поділяються на: лінійні, матричні та пірамідальні.
Лінійний дешифратор.
Дешифратор комбінаційний пристрій з входами n і не більше ніж виходами, що забезпечує для кожного значення n-розрядного вхідного слова поява активного сигналу тільки на одному з виходів. Якщо кількість виходів дешифратора визначається співвідношенням, дешифратор називається повним. Якщо розряди вхідного слова позначимо, а виходи дешифратора - стани виходів дешифратора описуються системою рівнянь:
Система рівнянь показує, що для отримання вихідних змінних дешифратора потрібно використовувати елементи “І”, у яких кількість входів визначається розрядністю вхідного слова, і кількість таких елементів має дорівнювати кількості рівнянь.
Розглянемо з прикладу побудова дешифратора для дворозрядного вхідного слова: n=2 і, отже, k=4. Рівняння дешифрації матимуть вигляд:
Рівняння дешифрації показують, що для побудови схеми дешифратора необхідно чотири елементи 2І.
На рис. 54 наведена схема дешифратора для дворозрядного вхідного слова та зображення такого дешифратора на електричних схемах пристроїв ЕОМ. При побудові схеми лівіше лінійки елементів 2І проведено чотири лінії, куди подаються самі вхідні змінні (розряди вхідного слова) та його інверсії, тобто.використовується парафазне подання інформації. З'єднання входів елементів 2І з вхідними змінними проводиться відповідно до рівнянь дешифрації і відповідно виходи елементів, що є виходами дешифратора, одержують позначення (d0 - d3). У зв'язку з тим, що основою такого дешифратора є лінійка логічних елементів - лінійний дешифратор. Для зменшення кількості входів потрібно перейти до однофазного представлення вхідної інформації.
Мал. 54. Лінійний дешифратор.
Схемотехнічно це здійснюється встановленням інверторів між лініями прямих та інверсних значень вхідних змінних. Максимальний час затримки проходження сигналу через лінійний дешифратор. Зручно при побудові схеми дешифратора використовувати елементи І-НЕ, при цьому виходи дешифратора активні будуть низьким рівнем. Однак побудова лінійних дешифраторів обмежена максимальною кількістю входів елементів І. Обмеження можливості побудови лінійних дешифраторів призвело до необхідності пошуку інших схемотехнічних рішень для дешифраторів.
Матричний дешифратор.
Матричний дешифратор відноситься до багатоступеневих дешифраторів. У першому ступені такого дешифратора використовують кілька лінійних дешифраторів. У другій та інших щаблях використовують об'єднання виходів дешифраторів першого ступеня за матричною схемою.
Мал. 55. Матричний дешифратор.
Розглянемо побудову матричного дешифратора з прикладу, візьмемо розрядність вхідного слова п'ять --М=5. Для побудови першого ступеня вхідне слово розіб'ємо на дві частини М1=2 і М2=3, тоді перший щабель складатиметься з двох лінійних дешифраторів: один на два входи, а другий на три входи, відповідно у першого буде чотири виходи, а у другого - -вісім. Другий ступінь побудуємо як матрицю збігу виходів обох дешифраторів першого ступеня. На рис.55 це показано перетином ліній виходів дешифраторів D1 і D2, кожному перетині вертикальних і горизонтальних ліній встановлений елемент, виконує функцію 2І-НЕ (установка елемента показано в окружности). Загальна кількість перетинів 4 * 8 = 32, отже, матричний дешифратор матиме 32 виходи. На малюнку все, що обведено пунктирною лінією, входить до матричного дешифратора. Маючи в першому ступені дешифратори з виходом активним високим рівнем і використовуючи в другому ступені елементи з інверсією, отримуємо дешифратор матричний з виходами активними низьким рівнем. У розглянутому прикладі отримали двоступінчастий дешифратор, це тим, що у першому ступені маємо лише два лінійних дешифратора. Якщо в першому ступені буде три дешифратори, то виходи двох з них утворюють другий ступінь, а виходи другого ступеня і третього дешифратора першого ступеня утворюють третій ступінь. Вхідне слово можна розбивати на групи різними способами, але це призводить до використання різної кількості логічних елементів, тому ця схема побудови дешифраторів підлягає оптимізації за кількістю використовуваних при побудові дешифратора елементів.
Основним недоліком розглянутих дешифраторів є різноманітність елементної бази, що дозволяє використовувати ці дешифратори в інтегральних конструкціях. З метою спрощення та здешевлення конструкцій дешифраторів у різних інтегральних застосуваннях було розроблено пірамідальний дешифратор.