Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.120

Описание принципов работы вентилей не является темой этой книги, поскольку относится к уровню физических устройств, который находится ниже уровня 0. Тем не менее мы очень кратко коснемся основного принципа, который

не так уж и сложен. Вся современная цифровая логика основывается на том, что транзистор может работать как очень быстрый бинарный переключатель. На рис. ЗА, а изображен биполярный транзистор, встроенный в простую схему. Транзистор имеет три соединения с внешним миром: коллектор, базу и эмиттер. Если входное напряжение У{п ниже определенного критического значения, транзистор выключается и действует как очень большое сопротивление. Это приводит к выходному сигналу УоШ, близкому к Усс (напряжению, подаваемому извне), — для данного типа транзистора это обычно +5 В. Если У1п превышает критическое значение, транзистор включается и действует как проводник, вызывая заземление сигнала УоШ (по соглашению — это О В).

Рис. 3.1. Транзисторный инвертор (а); вентиль НЕ И (б); вентиль НЕ ИЛИ (б)

Важно отметить, что если напряжение Уіп низкое, то УоШ высокое, и наоборот. Эта схема, таким образом, является инвертором, превращающим логический О в логическую 1 и логическую 1 в логический 0. Резистор (ломаная линия) нужен для ограничения тока, проходящего через транзистор, чтобы транзистор не сгорел. На переключение из одного состояния в другое обычно требуется несколько наносекунд.

На рис. 3.1, б два транзистора соединены последовательно. Если и напряжение Уъ и напряжение У2 высокое, то оба транзистора становятся проводниками и снижают УогЛ. Если одно из входных напряжений низкое, то соответствующий транзистор выключается и напряжение на выходе становится высоким. Другими словами, напряжение Уои1 является низким тогда и только тогда, когда и напряжение У\, и напряжение У2 высокое.

На рис. 3.1, в два транзистора соединены параллельно. Если один из входных сигналов высокий, включается соответствующий транзистор и снижает выходной сигнал. Если оба напряжения на входе низкие, то выходное напряжение становится высоким.

Эти три схемы образуют три простейших вентиля. Они называются вентилями НЕ, НЕ-И и НЕ-ИЛИ соответственно. Вентили НЕ часто называют инверто рами. Мы будем использовать оба термина. Если мы примем соглашение, что высокое напряжение ( Усс) — это логическая 1, а низкое напряжение («земля») — логический 0, то мы сможем выражать значение на выходе как функцию от входных значений. Значки, которые используются для изображения этих трех типов вентилей, показаны на рис. 3.2, а-в. Там же показаны режимы работы функции для каждой схемы. На этих рисунках А и В — входные сигналы, X — выходной сигнал. Каждая строка таблицы определяет выходной сигнал для различных комбинаций входных сигналов.

Рис. 3.2. Значки для изображения пяти основных вентилей. Режимы работы функции для каждого вентиля

Если выходной сигнал на рис. 3.2, б подать в инвертор, мы получим другую схему, противоположную вентилю НЕ-И, то есть такую, у которой выходной сигнал равен 1 тогда и только тогда, когда оба входных сигнала равны 1. Такая схема называется вентилем И; ее изображение и описание соответствующей функции даны на рис. 3.2, г. Точно так же вентиль НЕ-ИЛИ может быть связан с инвертором. Тогда получится схема, у которой выходной сигнал равен 1 в том случае, если хотя бы один из входных сигналов единичный, и равен 0, если оба входных сигнала нулевые. Изображение этой схемы, которая называется вентилем ИЛИ, а также описание соответствующей функции даны на рис. 3.2, д. Маленькие кружочки в схемах инвертора, вентиля НЕ-И и вентиля НЕ-ИЛИ называются инвертирующими выходами. Они также могут использоваться в другом контексте для указания на инвертированный сигнал.