В предыдущих статьях мы с вами разобрались с тем, как устроены и как работают самые простые логические элементы из которых состоят все функциональные блоки микропроцессора. Если вы пропустили какую-либо статью, то переходите на канал и прочтите пропущенную статью.
Сейчас уже можно сделать некоторое промежуточное резюме о разобранных уровнях абстракции. Мы с вами поняли, что для описания происходящих процессов в полупроводнике используют физику твердого тела и физику полупроводников. Основываясь на этих науках можно разработать девайсы с необходимыми функциями, которые называются транзисторами. Далее из этих устройств можно создать электрические схемы, которые будут выполнять необходимые логические функции, необходимые для функционирования микропроцессора.
Сегодня мы с вами перейдем на более высокий уровень абстракции и поговорим про сложную логику (цифровые схемы).
В цифровой электронике под схемой понимают электрическую цепь, которая обрабатывает дискретные сигналы. Такую схему можно рассматривать как «черный ящик», при этом схема имеет:
- Один или более дискретных входов;
- Один или более дискретных выходов;
- Функциональную спецификацию, описывающую взаимосвязь между входами и выходами;
- Временнýю спецификацию, описывающую задержку между изменением сигналов на входе и откликом выходного сигнала.
Цифровые схемы разделяются на комбинационные и последовательностные. Выходы комбинационных схем зависят только от текущих значений на входах; другими словами, такие схемы комбинируют текущие значения входных сигналов для вычисления значения на выходе. Например, логический элемент (которые мы разработали ранее)– это комбинационная схема. Выходы последовательностных схем зависят и от текущих, и от предыдущих значений на входах, то есть зависят от последовательности изменения входных сигналов. У комбинационных схем, в отличие от последовательностных схем, память отсутствует.
Разумеется существует огромное множество различных типов конфигураций этих схем, которые различаются по своему назначению и функциям. И разбирать их все в этой статье я не нахожу разумным. Поэтому мы с вами будем несколько подробнее рассматривать эти схемы только когда они встретятся нам в дальнейшем повествовании. Хотя все же существуют некоторые устройства, которые встречаются повсеместно и есть смысл разобрать их сейчас.
Первое с чего мы начнем - это одна комбинационная схема.
МУЛЬТИПЛЕКСОР - Он позволяет выбрать одно выходное значение из нескольких входных в зависимости от значения сигнала выбора. Как вы поняли, у мультиплексора должно быть несколько входов, один выход и так же сигнал выбора.
В данном примере мы имеем всего 2 входа, в связи с этим сигнал выбора у нас одноразрядный. В зависимости он значения этого сигнала, на выход будет передаваться какой нибудь из этих входных сигналов. Если S = 0, то Y=D0, если S = 1, то Y=D1. Думаю тут все просто.
Вот так реализуется мультиплексор при помощи логических элементов.
А теперь последовательностные схемы. Когда мы говорим о таких схемах, мы должны понимать, что эти схемы обычно синхронизируются тактовым сигналом. Поэтому у всех таких устройствах есть входной сигнал тактового сигнала. Сейчас я расскажу вам немного про тактовый сигнал.
В принципе знать тут нужно немного: тактовый сигнал - это сигнал по которому работает вся логика в микропроцессоре. Частоту именно этого сигнала указываю производители в спецификации к своему продукту. В настоящее время типовое значение частоты тактового сигнала составляет примерно 3 ГГц. Сам по себе сигнал представляет последовательность прямоугольных импульсов. И в нем выделяют два важных участка: это передний и задний фронт. Более подробно вы можете посмотреть на картинке.
Самой часто встречающейся последовательностной схемой является D-триггер. Его функциональное назначение довольно просто: он просто копирует значение входа на выход по каждому фронту тактового сигнала. То как реализуется D-триггер при помощи логических элементов я не стану, из-за довольно серьезного объема этой схемы.
На временной диаграмме явно видно, что значения на выход Q передаются только по тактовому сигналу. Именно из таких блоков состоит регистровая память микропроцессора, но про это поговорим позже. А чтобы не пропустить эту тему, обязательно подписывайтесь на канал и оценивайте понравившиеся вам темы лайками!
Всего вам доброго и до скорых встреч!