Оглавление

Введение........................................................................ 3

Понятие последовательностного автомата................. 4

D-триггер....................................................................... 7

Заключение.................................................................. 13

Список литературы..................................................... 14

Введение

Актуальность темы реферата. В жизни человека велика роль информационных процессов и с каждым годом становится все ощутимей. Поэтому современное человеческое общество называют информационным обществом. Люди, живущие в информационном обществе, должны уметь пользоваться главным его инструментом, и в первую очередь универсальной информационной машиной – компьютером. Ее назвали так потому, что компьютер умеет хранить, передавать и обрабатывать информацию любого типа.

Объем информации постоянно увеличивается, а принятие по-настоящему правильного решения зависит, прежде всего, от полноты, достоверности, оперативности предоставления необходимых информационных ресурсов и вместе с этим их доступности для максимально широкого круга заинтересованных лиц. Сегодня информацию рассматривают как один из основных ресурсов развития общества, а информационные системы и технологии как средство повышения производительности и эффективности работы современного специалиста.

Цель работы – рассмотреть устройства переработки и преобразования информации в технике.

Объектом исследования в работе являются информационные процессы. Предметом исследования работы являются технологии создания, переработки и преобразования информации.

Понятие последовательностного автомата

Последовательностные цифровые устройства часто называют последовательностными схемами, последовательностными автоматами, дискретными автоматами с памятью, многотактными автоматами.

Кроме комбинационных устройств, рассмотренных в предыдущей главе, существует класс цифровых устройств, в которых при одинаковых воздействиях на входе, на выходе автомата могут возникать различные выходные состояния. Состояние выхода такого устройства зависит не только от того, какие сигналы присутствуют на его входах в данный момент времени, но и от того, какие последовательности сигналов поступали на входы устройства в предшествующие моменты времени, т.е. как говорят, автомат помнит свою предысторию и хранит ее в памяти. Поэтому такие устройства называют последовательностными или многотактными автоматами.

Для описания последовательностного автомата с памятью, помимо состояний входов X(t) и выходов Y(t), необходимо также знать состояние памяти автомата, как говорят, его внутреннее состояние S(t).

В общем виде, последовательностный автомат рассматривается состоящим из двух частей: комбинационного устройства (КУ) и памяти, состоящей из элементов памяти (ЭП) (рис.1).

В качестве элементов памяти могут быть применены как однобитовые элементы памяти (различные типы триггеров), так и многобитовые (многоразрядные) цепочки триггеров.

Функционирование (т.е. изменение состояния устройства) многотактного автомата происходит в дискретные моменты времени, ход которого обозначается натуральными числами t = 1, 2, 3 и т.д. В каждый момент дискретного времени t автомат находится в определенном состоянии S(t), воспринимает через входы соответствующую данному моменту комбинацию входных переменных X(t), выдает на выходах некоторую функцию выхода Y(t), определяемую как

Y(t) = f (S(t),X(t)),

и переключается в новое состояние S(t+1), которое определяется функцией переходов j как

S(t+1)= j ( S(t),X(t)).

Закон функционирования последовательностных автоматов может задаваться в виде уравнений, таблиц и графов. Под законом функционирования понимается совокупность правил, описывающих последовательность переключения состояний автомата и последовательность выходных сигналов в зависимости от последовательности поступления входных сигналов.

Рисунок 1. Структурная схема последовательного автомата, ЭП – элементы памяти

ЭП часто реализуется на основе бистабильных ячеек (БЯ). ЭП бывают: динамические, статические и квазидинамические. Наибольшее распространение получили первых два вида: статические и динамические. Статические ЭП реализуются на БЯ. Динамические ЭП строятся, используя свойство хранения заряда между затвором и истоком полевых транзисторов МДП структуры.

БЯ - является простейшим типом триггера, реализованного с помощью элементов базиса И - НЕ или ИЛИ - НЕ с соответствующими обратными связями и позволяет хранить один бит цифровой информации (бит - единица цифровой информации, соответствующая одной логической “1” или логическому “0”).

Триггер - это последовательностная схема с двумя состояниями, каждое из которых при опреленных условиях на входах поддерживается постоянным (т.е. стабильным). Каждому из этих состояний ставится в соответствие логическое значение, которое “хранит” триггер (если на выходе триггера высокий уровень напряжения - “1” и “0” - в противном случае). Таким образом, в последовательностной схеме для представления значений каждой переменной, которую нужно хранить для использования в настоящем или в будущем, следует использовать отдельный триггер. Совокупное состояние последовательностной схемы, запоминающее устройство которой реализовано на триггерах, представляет собой просто комбинацию состояний этих триггеров.

Вообще говоря, у триггера должна быть по крайней мере одна выходная линия, представляющая логическое значение, соответствующее состоянию триггера. Когда на выходной линии логическая 1, говорят, что триггер установлен, в противном случае говорят, что триггер сброшен. Триггер имеет несколько входных линий, сигналы на которых (вместе с текущим состоянием триггера) определяют следующее состояние триггера. От функций входных линий зависит тип триггера.

Простейшим триггером является RS - триггер. RS - триггер имеет два входа и два выхода. Входы и выходы триггера имеют свои обозначения. Один из входов триггера называется установочным входом и обозначается буквой S (от английского set - установить), а другой - входом сброса и обозначается буквой R( от reset - сбросить). Триггер (рис. 3.2) имеет два симметричных выхода. На одном выходе (условно называемом прямым выходом) сигнал представляется без отрицания (выход Q), а на другом - с отрицанием (`Q - инверсный выход).

По способу подачи переключающих сигналов (в зависимости от комбинации входных сигналов) триггеры делятся на RS, MS, D, JK, T - триггеры.

Рис. .2. Графическое обозначение RS - триггера

Триггеры бывают переключающимися уровнем и фронтом тактирующего сигнала (импульса). Несмотря на большое разнообразие триггеров, практически все триггеры строятся на базе RS -триггеров.

D-триггер

D-триггер (от английского DELAY) называют информационным триггером, также триггером задержки. D - триггер бывает только синхронным. Он может управляться (переключаться) как уровнем тактирующего импульса, так и его фронтом. Для триггера типа D, состояние в интервале времени между сигналом на входной линии и следующим состоянием триггера формируется проще, чем для любого другого типа.

Рисунок 3. Таблица управления (а) и временные диаграммы (б) D-триггера

По синхроимпульсу D-триггер принимает то состояние, которое имеет входная линия, согласно управляющей таблице состояний, приведенной на рис. 3, а. На рис. 3, б приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Как следует из управляющей таблицы, D-триггер имеет как минимум две входные линии: одна - для подачи синхроимпульсов; другая- информационных сигналов. Схемное обозначение D - триггера приведено на рис. 4.

Рисунок 4. Схемное обозначение D – триггера , синхронизуемого передним фронтом тактируещего импульса

Для получения характеристической формулы воспользуемся полной таблицей состояния (рис. 5).

Рисунок 5. Таблица состояния D –триггера

Для минимизации логического выражения (характеристической формулы триггера) можно воспользоваться картой Карно (рис. 6, а).

Из рис. 6, а следует, что характеристическое уравнение D-триггера содержит всего одну конъюнкцию, т.е. Q = СD.

Рисунок 6. Карты Карно, составленные по таблице состояний (а), управления (б) и функциональная схема (в) D - триггера

Если учитывать, что при отсутствии синхроимпульсов состояние D-триггера не меняется, то можно упростить таблицу состояния, оставив в ней только переменные D и Q. Тогда карта Карно будет выглядеть как на рис. 6, б. Сокращенное уравнение D-триггера имеет всего один сигнал – сигнал D.

Это выражение подразумевает наличие сигнала C, т.к. в его отсутствии переключение состояния D-триггера не происходит.

Отметим, что D-триггеры могут переключаться как уровнем синхроимпульса, так и его фронтом. В технической литературе D-триггер, управляемый уровнем синхроимпульса, известен также как триггер-защелка.

Пример синтеза D-триггера, управляемого уровнем синхроимпульса из асинхронного одноступенчатого RS-триггера. Для этого D-триггер представляют как совокупность RS-триггера и комбинационного входного устройства, т.е. представляется так, что входными линиями RS-триггера управляет комбинационное устройство (КУ), согласно характеристической формуле D-триггера (см. рис. 6, в). Входными переменными КУ являются сигналы Q⁰ , C, D, а выходными (функциями) - S и R. Если учесть, что сигналы R и S являются для RS-триггера управляющими сигналами, то таблица состояний синтезируемого триггера будет содержать пять столбцов: два столбца - для переменных D-триггера - D и Q⁰, один - для функции Q (выходной сигнал синтезируемого триггера, он же является выходным сигналом базового RS-триггера) и два столбца - для переменных R иS RS-триггера

Рисунок 7. Комбинированная таблица состояний а), карты Карно б) и в), и функциональная схема, синтезируемого D - триггера

Столбцы 1, 2, 3 соответствуют таблице состояний D-триггера, а в столбцы 4, 5 записываются значения сигналов R и S, при подаче которых на входы RS-триггера, последний должен принимать такие же состояния, что и D-триггер. Это обусловлено тем, что RS-триггер является выходным узлом D-триггера.

Если триггер находился в состоянии “0” (Q⁰ =0), чтобы он сохранил это состояние и после поступления очередного синхроимпульса (отметим, что переключение состояния триггера происходит только при наличии синхроимпульса, а каждая строка таблицы состояний соответствует новому синхроимпульсу) на входе S (RS-триггера) необходимо поддерживать уровень “0”, а на входе R - любой уровень, т.к. когда триггер находится в состоянии”0”, он сохраняет это состояние независимо от состояния сигнала R.

Для второй строки таблицы состояний Q⁰=1, а новое состояние триггера “0” (Q=0), следовательно, необходимо подать на вход R - уровень логической 1 и т.д. Для каждой строки, где Q⁰=1, это состояние триггера сохранится независимо от значения сигнала S (т.к. при S=0 - режим хранения, а при S=1 - запись единицы).

После заполнения таблицы состояний, используя карты Карно (рис. 7, б и в), записывают логические выражения для функций комбинационного устройства S и R (следует помнить, что эти сигналы являются функциями аргументов Q⁰ , D и входными переменными для RS-триггера.

По полученным логическим выражениям (см. рис. 7, б и в) можно построить схему D-триггера (рис. 7, г).

Рассмотренный выше D-триггер синтезирован на базе синхронного RS-триггера. Его можно синтезировать и на базе двухступенчатого, а также - простого, асинхронного RS-триггера. Как уже было отмечено выше, переключение D-триггера происходит только при наличии (поступлении) синхроимпульса. С учетом этого, логические функции S и R можно записать в виде

S = C D;

Схема, реализующая эти функции, содержит два элемента конъюнкции и один инвертор. На рис. 8 приведена схема D-триггера, построенного на базе асинхронного RS-триггера.

Рисунок 8. D – триггер, управляемый уровнем синхроимпульса, построенный на базе асинхронного RS - триггера

На рис. 8 приведено обозначение D-триггера К1533ТМ2, выпускаемого промышленностью в виде интегральной микросхемы (ИМС).

Рисунок 9. Схемное обозначение ИМС К1533ТМ2, входы S и R – асинхронные(входы предустановки)

Обычно, в одном корпусе ИМС содержится два D-триггера, управляемых фронтом. D-триггеры в интегральном исполнении имеют также дополнительные асинхронные входы управления S и R. Функции асинхронных входов не зависят от сигналов синхронизации. Отметим, что асинхронные входы имеют и другие типы триггеров. Поскольку дополнительные входы “предустановка” и “очистка”, с помощью которых триггер может быть установлен в нужное состояние независимо от сигналов на других входах, включая синхронизирующий, работают независимо от синхронизации, их называют асинхронными.

Входы “предустановки” и “очистки” напоминают соответствующие входы S и R обычного несинхронизируемого RS-триггера. При подаче “1” на вход R и “0” на вход S (рис. 3.14) триггер устанавливается в состояние “0”. При подаче “1” на оба эти входа поведение триггера не определено, т.е. комбинация S=1, R=1 является запрещенной. При подаче на эти входы “1” поведение триггера полностью определяется другими входными сигналами и синхросигналом.

Заключение

В заключении сделаем несколько общих выводов по работе.

Современный этап развития человечества характеризуется переходом от индустриального общества к информационному, в котором основным предметом собственности становится информация.

В информатике понятие информации рассматривается как знания человека, которые он получает из окружающего мира и которые реализует с помощью вычислительной техники. В мире накоплен громадный объем информации, но эффективно использовать ее можно только применяя новые информационные технологии обработки информации.

Компьютер является универсальным электронным прибором, предназначенным для автоматизации создания, хранения, обработки, транспортирования и воспроизведения данных. Все перечисленные процессы являются информационными. Таким образом, информационный процесс – это совокупность последовательных действий, производимых над информацией с целью получения результата.

Список литературы

1. Грошев, А.С. Информатика / А.С. Грошев. – Архангельск: АГТУ, 2016. – 470 с.;

2. Соболь, Б.В. Информатика / Б.В. Соболь, А.Б. Галин, Ю.В. Панов [и др.]. – Ростов н/Д: Феникс, 2017. – 446 с.;

3. Терехов А.В. Информатика / А.В. Терехов, А.В. Чернышев, В.Н. Чернышев. – Тамбов: ТГТУ, 2017. – 128 с.;

4. Хубаева, Г.Н. Информатика / Г.Н.Хубаева, С.М. Патрушина, Н.Г. Савельева, Е.Г. Веретенникова. – Ростов н/Д: МарТ, Феникс, 2018. – 288 с.;

5. Введение в информатику. – URL: book.kbsu.ru/theory/chapter1/1_1.html;

6. Основы информатики. – URL: informatikaiikt.narod.ru/informaciyaiinformproc4.html;

7. Информационные технологии. – URL: inftis.narod.ru/it/5-6/n2.htm; 8. Введение в информатику. – URL: www.klgtu.ru/students/literature/inf_