ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ СТРУКТУРА ЦВМ

— структура элементов, обеспечивающая выполнение логических преобразований над информационными сигналами импульсного вида. Импульсный сигнал в отличие от потенциального характеризуется отсутствием управления его спадом, который возникает без внешнего воздействия через определенное время, характеризующее длительность сигнала (см. Элементная структура ЦВМ). В основу построения И. э. с. положены два принципа: первый из них характерен использованием

триггеров динамических и импульсных вентилей (не обладающий свойством запоминания), второй — использованием логических задерживающих элементов (см. также Элементные структуры на логических задерживающих элементах).

В И. э. с. 1-го типа образование и передача сигналов должны быть жестко синхронизированы в пределах долей длительности сигналов, в противном случае нарушается необходимое физ. взаимодействие сигналов в логических элементах ЦВМ. Это достигается образованием информационных сигналов на выходах триггеров с помощью спец. синхронизирующих импульсов, отсутствием длинных комбинационных цепей, применением задержки сигналов и их кратковременным запоминанием на емкостях и др. способами.

1. Блок-схема многовходового импульсного совпадения: С — двухвходовое совпадение; ЗЭ — запоминающий элемент; У — усилитель.

2. Триггер динамический: а — блок-схема; б — принципиальная схема (Р — импульсное разделение; Н — импульсное несовпадение; D — задержка; У — усилитель; Ек - напряжение коллекторное; напряжение смещения; трансформаторы; — серия синхронизирующих импульсов).

3. Триггерный каскад с прямым и инверсным выходами: - динамические триггеры.

И. э. с. на логических задерживающих элементах отличаются от И. э. с. на динамических триггерах тем, что здесь синхронизация сигналами опроса производится на каждом логическом элементе; это почти полностью устраняет рассогласование информационных сигналов во времени, т. к. ограничивает участки, где оно может возникнуть, лишь одним каскадом.

В И. а. с. на динамических триггерах «1» кодируется серией импульсов, «0» - их отсутствием. В качестве логических элементов в этой И. э. с. применяются импульсные совпадения, несовпадения и разделения. Импульсные совпадения обычно применяются двухвходовые и многовходовые. При этом синтез многовходовых совпадений путем комбинации двухвходовых, как правило, затруднителен вследствие расхождения во времени поступления сигналов с выхода одних логических элементов на другие. Для реализации многовходовых совпадений сигналов, поступающих в определенной последовательности, производится кратковременное запоминание информации (напр., на емкостях динамических триггеров), т. к. каждый сигнал в отдельности должен сохранить состояние «1» в элементе до прихода очередного сигнала (рис. 1). В большинстве схем стремятся обойтись двухвходовыми импульсными совпадениями. Импульсные несовпадения реализуют оператор типа XY. При этом используют различные (как правило, противоположные) способы отображения входной переменной величины, стоящей под знаком инверсии У, и входной переменной X. Напр., единичное значение переменной У отображается импульсом противоположной полярности по отношению к импульсу, представляющему единичное значение X. Такой способ кодирования способствует повышению надежности элемента, поскольку взаимодействие (совпадение) двух активных сигналов происходит лишь тогда, когда на выходе не должен появиться сигнал.

Из импульсных логических элементов наиболее простыми и надежными являются импульсные разделители. В И. э. с. непосредственная замена одних логических элементов другими с помощью преобразований по известным правилам не всегда возможна, т. к. в ней нет элемента, осуществляющего прямое инвертирование, т. е. элементного оператора X. Для выполнения этой операции необходимо применить устр-во несовпадения, подставив вместо ноинвертируемого аргумента константу «1», или использовать триггер. Динамический триггер в И. э. с. представляет собой замкнутую цепь (рис. 2, а), по которой циркулируют импульсы, если триггер находится в едииичном

состоянии. В нулевом состоянии триггер активного инвертного выхода не имеет, т. е. импульсы не циркулируют. Оператор динамического триггера с раздельными входами имеет вид: , где X — состояние триггера, , — входные сигналы, время между входным и синхронизирующим импульсами. Для надежной работы триггера необходимо обеспечить появление выходного активного сигнала через некоторое время после его прекращения, пока триггер находится в единичном состоянии.

4. Триггерный счетный каскад: а — на двух триггерах; б — на одном триггере.

Этого достигают либо установкой в цепи триггера элемента задержки (при этом требуются очень точные элементы задержки, иначе работа различных триггеров не будет согласованной), либо обеспечением запоминания выходного сигнала в виде особого кратковременного состояния цепи триггера. Такое состояние определяется наличием соответствующего заряда на «запоминающей» емкости С (рис. 2, б). До того как емкость С разрядится, на триггер поступает синхронизирующий импульс (СИ), и вследствие этого начинает работать импульсный усилитель и образуется выходной сигнал триггера. Этот сигнал с помощью положительной обратной связи вновь заряжает емкость С. Входной сигнал действует на триггер аналогично, в результате чего это устройство устанавливается в единичное состояние. При подаче входного сигнала (отображаемого импульсом обратной полярности) емкость разряжается. В результате при поступлении очередного СИ импульсный усилитель не срабатывает, и циркуляция импульсов прекращается. Триггер переключается в нулевое состояние.

Подобная организация нулевого состояния триггера затрудняет построение схем, т. к. часто необходимо иметь не только прямое, но инвертпое значение аргумента. Для осуществления этой возможности применяют триггерный каскад, состоящий из двух триггеров (рис. 3). В этом каскаде триггер находится в состоянии, инвертном состоянию триггера т. е. фактически реализует операцию инвертирования. Некоторая модификация этой схемы приводит к реализации счетного каскада по с прямым и иннертным выходами X и X соответственно (рис. 4, а).

Построение счетного каскада на одном триггере приводит к необходимости применять разновременные импульсные задержки на его входах для соблюдения условия правильного обмена информацией с триггером. Сигнал, который определяет требуемое воздействие, должен поступать на вход триггера последним. Для этого задержка сигнала на нулевом должна быть больше, чем задержка на единичном входе. Когда триггер находится в нулевом состоянии, вентиль не пропускает сигнал Y на нулевой вход. На единичный вход сигнал проходит с задержкой, достаточной для окончания импульса к тому моменту времени, когда триггер переключится и откроет вентиль. Когда триггер находится в единичном состоянии, то за счет указанной разности задержки входной сигнал У в начале - пройдет на единичный вход и лишь подтверди» имеющееся состояние, а затем уже перейдет на нулевой вход и переключит триггер.

К преимуществам рассмотренного типа И. э. с. относятся: большое быстродействие элементов, большая мощность передаваемых сигналов при относительно малом общем расходе мощности. Однако в этой структуре предъявляются жесткие требования к синхронизации сигналов, вследствие чего усложняется обеспечение высокой надежности.

Лит.: Рабинович 3. Л. Элементарные операции в вычислительных машинах. К., 1966 [библиогр. с. 299—301]. В. Н. Коваль.