ПОТЕНЦИАЛЬНО-ИМПУЛЬСНАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ СТРУКТУРА ЦВМ

— структура, содержащая триггеры с импульсным запуском и потенциальными выходами — прямым и инверсным, потенциальные и импульсно-потенциальные вентили, а также потенциальные инверторы и формирующие элементы. В основе работы структуры лежит использование триггеров статических, переключаемых импульсными сигналами. На входах триггеров широко применяются импульсно-потенциальные вентили, управляемые триггерами (в т. ч. и тем триггером, входом которого является данный импульсно-потенциальный вентиль) или потенциальными инверторами по потенциальному входу. Наличие разрешающего потенциала на вентиле обуславливает прохождение импульса, поступающего на его вход. При этом импульсно-потенциальный вентиль служит не только для преобразования информации, но и для преобразования вида информационного сигнала: потенциальный сигнал преобразуется в импульсный, чтобы информация, выраженная им, запоминалась затем на триггере.

Применяя в П.-и. э. с. ЦВМ различные виды сигналов, удобно строить и комбинационный, и накапливающие схемы, причем для этих схем тут не требуется спец. синхронизации, которая необходима соответственно в чисто импульсных и чисто потенциальных схемах (см. Импульсная элементная структура ЦВМ, Потенциальная элементная структура ЦВМ). Поскольку аргументы ф-ций передаются с выходов триггеров с помощью потенциальных сигналов, импульсные сигналы, как носители информации, образуются при помощи генераторов единиц обычно, в виде двух управляющих серий импульсов — кодовых и сдвиговых. Примеры диодных потенциальных вентилей совпадения и разделения приведены на рис. 1. Ф-ции этих вентилей зависят от выбора соответствия между логич. и физич. значениями сигналов, причем при изменении соответствия на обратное вентиль совпадения становится вентилем разделения, а вентиль разделения — вентилем совпадения.

Реализация ф-ций от большого числа аргументов на указанных вентилях имеет значительные

достоинства в смысле удобства и экономии аппаратуры при синтезе схем. Импульсно-потенциальные вентили служат для реализации фнъюнкции двух аргументов, выраженных потенциальным и импульсным сигналами, и для преобразования потенциального сигнала в импульсный. Они являются связывающими звеньями между потенциальными логическими элементами ЦВМ и триггерами, а также передают информацию с одних триггеров на другие в процессе ее переработки.

Чаще всего импульсно-потенциальный вентиль (рис. 2, а) состоит из цепи диода и трансформатора - с ударным возбуждением, по которому проходит ток лишь в момент поступления импульса при разрешающем значении потенциала, соответствующем логич. значению «1». Выбор разрешающего значения потенциала определяется условием прохождения тока вентиля через переменное сопротивление источника потенциала. Так, при использовании в машине полупроводниковых усилителей потенциал можно снимать непосредственно с коллектора. При этом удобно реализовать логич. ф-ции прямо на входах триггеров, а сами ф-ции могут иметь вид: , где соотв. потенциальные и импульсные сигналы (рис. 2, б). Некоторые из сигналов могут быть константами. При данный вентиль выполняет ф-цию т. е. является устройством разделения импульсных сигналов. Конструктивно он представляет собой трансформатор с несколькими первичными и одной вторичной обмотками, на которых осуществляются операции конъюнкции и дизъюнкции соответственно.

Инверсия логич. величин, представленных импульсными сигналами в рассматриваемой П.-и. э. с. ЦВМ, непосредственно не реализуеттся (т. к. нет необходимого для этого устр-ва, реагирующего на одновременное поступление двух импульсных сигналов); инверсия логич. переменных, представленных потенциальными сигналами, выполняется непосредственно с помощью инвертора либо косвенно — с помощью триггеров. Триггер в П.-и. э. с. ЦВМ имеет два выходных сигнала — прямой X и инверсный X (рис. 3, а), каждый из которых снимается с соответствующего выходного элемента триггера в зависимости от выбора кодирования «1» и «0». Функционирование триггера в П. -и. э. с. ЦВМ можно описать следующими логическими выражениями: для триггера с раздельными входами для триггера со счетным входом . Здесь X — прямой выходной сигнал триггера, и — входные импульсные сигналы, поступающие соответственно на единичный и нулевой входы триггера с раздельными входами; Y — импульсный сигнал, поступающий на счетный вход триггера со счетным входом; задержка на единицу дискретного времени. Иногда для повышения мощности выходных сигналов и предотвращения влияния реакции нагрузки (которая может привести к ложным переключениям), на выходах триггера устанавливаются катодные либо эмиттерные повторители или усилители (рис. 3, б).

На входах триггера устанавливаются вентили, выполняющие определенные логич. ф-ции и преобразующие потенциальные входные сигналы в импульсные, от которых срабатывает триггер. Съем информации с выходного элемента триггера и ввод на его входной

1. Потенциальные схемы; а — совпадения; б — разделения.

2. Потенциально-импульсные вентили: а — принципиальная схема с входным потенциальным сигналом от усилителя на транзисторе; б — блок-схема группы вентилей с выходным формирователем Ф.

3. Схемы триггера: а — блок-схема; б — принципиальная схема на полупроводниках с выходным усилителем; в — блок-схема триггера в счетном режиме.

элемент новой информации в данной П.-и. э. с. ЦВМ выполняется однотактным способом. Условие обмена информацией в триггере можно выразить следующим образом: сигнал, снимающий информацию с триггера, и сигнал, переключающий триггер, не должны пересекаться во времени. Т. к. обычно сигнал съема и переключающий сигнал образуются одновременно, последний задерживают на время действия сигнала съема. Эта задержка, как правило, осуществляется радиотех. средствами (D на рис. 3, в). Несоблюдение этого условия приводит к ошибкам. Введение задержки на входе триггера, в частности, позволяет организовать более экономичную, чем в др. элементных структурах, схему триггера со счетным входом.

Для надежной работы триггера величина задержки должна обеспечивать временное смещение сигнала, равное длительности рабочего импульса. Макс. частота переключения триггера при этом определяется соответствующим выбором миним. времени между окончанием переключающего сигнала на входе триггера (т. е. на входе его задержки) и началом сигнала, снимающего новую информацию с триггера и поступающего на вход вентиля, управляемого триггером. Это время наз. разрешающей способностью триггера. Во Избежание ее уменьшения задержка на входе триггера не должна смещать входной сигнал более, чем на величину длительности сигнала. Для управления триггерами предусматриваются две смещенные синхронизирующие серии импульсных сигналов. Длительность этих сигналов выбирают в зависимости от времени переключения триггера с целью достижения необходимой его надежности, причем стремятся к тому, чтобы эта длительность была минимальной. Это способствует уменьшению требуемых величин задержек на входах триггеров и достижению лучших скоростных и конструктивных характеристик П.-и. э. с. ЦВМ. Период следования управляемых сигналов и смещение между их сериями во времени зависит от полного времени переключения триггера, и выбирается таким образом, чтобы на импульсно-потенциальных вентилях к моменту поступления импульса успевал устанавливаться разрешающий потенциал.

К несомненным достоинствам П.-и. э. с. ЦВМ следует отнести небольшой расход аппаратуры при построении вычисл. устр-в. По расходу мощности П.-и. э. с. ЦВМ уступает импульсной структуре, но превосходит потенциальные. Недостатком П.-и. э. с. ЦВМ следует считать чувствительность к импульсным помехам, а также наличие в ее составе реактивных элементов, что затрудняет микроминиатюризацию и исполнение элементов в интегральном варианте. См. также Элементная структура ЦВМ.

Лит.: Рабинович 3. Л. Элементарные операции в вычислительных машинах. К., 1966 [библиогр. с. 299—301]. Г. И. Корниенко.