Использование потенциальных сигналов обеспечивает простую реализацию логич. операций конъюнкции и дизъюнкции, поскольку для элементов соответствующих комбинационных схем не требуется синхронизации передачи информации, а необходимо лишь, чтобы длительность входных сигналов была достаточной для окончания переходных процессов и съема информации. Операция инверсии при потенциальных сигналах достаточно просто реализуется на основе активного элемента усилителя-инвертора или на основе триггера, который, кроме выполнения своих осн. функций, играет роль и восстанавливающего элемента соответствующих уровней сигнала.
В связи с тенденцией уравнивания стоимости пассивных логических элементов ЦВМ и активных элементов, а также в связи с выгодами от унификации элементов на практике широко применяются устр-ва, содержащие пассивный элемент, реализующий операцию дизъюнкции или конъюнкции, и активный элемент, реализующий операцию инверсии. Результатом такого совмещения является потенциальный универсальный логич. элемент, реализующий функции типа или , каждая из которых удовлетворяет условию функциональной полноты.
Для П. э. с. ЦВМ с использованием универсального элемента триггер состоит из универсальных элементов. При этом оператор триггера имеет вид: где — входные сигналы по двум раздельным входам, выход триггера. Для получения инвертных значений аргументов кроме двух универсальных элементов, на реализацию собственно триггера требуются еще два универсальных элемента, которые могут также реализовывать конъюнкции входных переменных (рис. 1). В приведенных обозначениях универсального элемента стрелки, направленные к сегменту, соответствуют логич. входам совпадения, а точка на сегменте обозначает выполнение инверсии. Комплексы элементов потенциальной структуры выполняются, как правило, функционально избыточными с целью обеспечения достаточной гибкости при синтезе схем из этих элементов. Так, кроме элементов с одной ступенью комбинационной логики, перед инвертором часто используют элементы с двумя такими ступенями расширяют набор триггерных элементов и т. д.
Информационные потенциальные сигналы обусловили для данной элементной структуры применение системы прямых гальванических (потенциальных) связей между элементами, благодаря которым обеспечивается непрерывность преобразуемых сигналов. В условиях потенциальных связей почти не применяются спец. элементы задержки, смещающие сигналы во времени. Для предотвращения зависимости входных сигналов триггеров от их состояния для П. э. с. ЦВМ обычно используют в накапливающих схемах двухтактную систему обмена информацией (см. Логический задерживающий элемент). Одна из тактирующих серий управляет съемом выходной информации с триггеров накапливающей схемы, называемых основными, и обеспечивает передачу информации и одновременно ее логич. преобразование во вспомогательные триггеры, а другая серия сигналов обеспечивает передачу со вспомогательных триггеров на основные.
Часто функциональные преобразования информации во время действия одной и другой серий являются идентичными.
1. Схема триггера с запуском по раздельным входам на универсальных логических элементах.
2. Двухтактная схема счетного каскада с двумя шинами запуска.
Простым примером двухтактной схемы служит реализация счетного каскада из двух триггеров с раздельными входами (рис. 2). Сигналы обоих тактовых серий выбираются с длительностью, соответствующей, в большинстве случаев, времени переключения одного триггера (включая время прохождения сигнала запуска триггера через его комбинационные логич. схемы). Кроме того, сигналы необходимо сдвинуть на полпериода, чтобы между ними не было временного перекрытия.
Практически в П. э. с. ЦВМ используется несколько разновидностей двухтактной синхронизации. Среди них варианты с раздельной, т. е. двухпроводной подачей двух тактовых серий, причем, полярность тактовых сигналов обеих серий чаще всего одинакова. В последнее время получили распространение варианты схем П. э. с. ЦВМ с однопроводной подачей тактовых сигналов, при этом также реализуется двухтактный режим, поскольку часть переключений в схеме реализуется при подаче тактового сигнала, остальная часть переключений выполняется лишь после прекращения тактового сигнала.
Как пример, на рис. 3 приведена схема счетного каскада с оннопроводной подачей тактовые
сигналов (а), использующая, как и схема на рис. 2, два триггера с раздельным запуском, и временная последовательность процессов схемы (б), причем универсальные элементы схемы и соответствующие им эпюры выходных сигналов обозначены одинаковыми цифрами. Однопроводный вариант двухтактной синхронизации из-за невозможности избыточного разнесения во времени двух различных тактов предъявляет более жесткие требования к разбросу времени переключения элементов, однако выгоды однопроводного запуска схемы для ее интегрального исполнения часто являются доминирующим фактором.
3. Схема счетного каскада с однопроводной подачей тактовых сигналов (а) и временная диаграмма процессов (б).
Получили практическое распространение также схемы П. а. с. ЦВМ, имеющие многотактную синхронизацию. В частности, применение многотактной синхронизации целесообразно для случаев, когда рабочая частота логич. узла существенно ниже, чем рабочая частота используемых элементов. Распространение схем П. э. с. ЦВМ с однотактной синхронизацией (без применения дополнительных триггеров) и с использованием явления кратковременного запоминания информации носит весьма ограниченный характер из-за трудностей обеспечения требуемой надежности и низкой технологичности производства реактивных элементов.
Развитие и применение вариантов схем П. э. с. ЦВМ связано с переходом на технологию микроэлектронных интегральных схем, позволяющую получать в едином производственном цикле все радиодетали, полупроводниковые приборы, соединительные провода, используемые для построения логич. узла. Именно П. а. с. ЦВМ обеспечивает развитие интегральных микроэлектронных схем. Здесь просто реализуется схема универсального элемента для построения осн. логических узлов. П. э. с. ЦВМ можно реализовать без емкостей, индуктивностей, микроминиатюризировать которые очень сложно. П. э. с. ЦВМ очень удобна и тем, что для ее реализации можно использовать для элементов миним. число различных компонентов (можно ограничиться транзисторами и сопротивлениями).
На современном этапе развития вычислительной техники П. э. с. ЦВМ, по сравнению с импульсной элементной структурой ЦВМ, потенциально-импульсной элементной структурой ЦВМ, имеет следующие недостатки: повышенный расход аппаратуры на реализацию схем с памятью, повышенное потребление мощности, трудности формирования сигналов по длительности, которые проявляются в значительно меньшей степени, чем ее преимущества. См. также Элементная структура ЦВМ. Э. И. Комухаев.