Материал: Нечаев А.Н. Устройство и работа электронных цифровых машин

основываются «а применении1 формального метода мате­ матики к области логики. Подобно тому как в матема­ тике для выражения отношений используется язык фор­ мул, в математической логике тот же язык формул ис­ пользуется для выражения логических связей, которые существуют между суждениями, понятиями, высказыва­ ниями п т. д. Применение языка формул ;в логике .позво­ лило получить точную научную трактовку предмета, сво­ бодную от неясностей, которые нередко возникают при словесном выражении.

Под высказыванием понимают каждое предложение, в отношении которого можно утверждать, что его содер­ жание истинно или ложно. Высказывания могут опреде­ ленным образом соединяться в новые высказывания пу­ тем применения логических связей, обозначаемых терми­ нами «и», «или», «не», «если..., то...» и т. д.

В электронных цифровых машинах используются три основных логических элемента связи: «не», «или», «и», реализующие соответственно операции отрицания, логи­ ческого сложения и логического умножения. С помощью этих простейших элементов связи можно образовывать более сложные связи и получать схемы, выполняющие достаточно сложные логические функции.

Любое простое высказывание, такое, например, как «сигнал на входе схемы имеется» или «сигнала на входе схемы нет», будем обозначать буквами р, q, г, s ,t и т. д., а любое сложное высказывание, полученное в результа­ те применения определенных логических связей между

ным, то по самой своей сущности высказывания являют­ ся двоичными функциями: ложному высказыванию, на­

ным схемам цифре «О» может соответствовать отсутст­ вие электрического импульса, сигнал низкого уровня или отрицательного напряжения, а цифре «1 » — наличие импульса, сигнал высокого уровня или положительного напряжения. Поэтому для электронных цифровых машин характерно использование логических элементов в край­ них значениях входных и-выходных сигналов, а все про-

74

Межуточные . состояния элемента, 'если они возможны, оказываютея• -нерабочими.

Рассмотрим несколько подробнее основные логиче­ ские элементы ЭЦМ: инвертор, собирательную схему и схему совпадения.

ми 'словами, логическое отрицание данного высказыва­ ния есть такое высказывание, которое истинно, если дан­ ное высказывание ложно, и ложно, если оно' истинно.

Применительно к электронным схемам элемент («не») означает, что сигнал А на выходе схемы появ­ ляется тогда, когда нет сигнала р на входе, и наоборот, сигнала А на выходе нет, когда есть сигнал р на: входе. Формулы, с помощью которых определяется связь меж­ ду высказываниями, называются л о г и ч е с к и м и ф о р ­ му л а м и.

Связи между высказываниями могут быть выраже­ ны и с помощью таблиц, которые называют л о г« не- c. к и ми т а б л н ц а м и. Для инвертора (И) — элемента логического отрицания—такая таблица дана на рис. 13,а,

тора на функциональных схемах.

Логическая операция отрицания реализуется схемой инвертора, показанной «а рис. 13,б. Эта схема выполне­

R c подбираются с .таким расчетом, чтобы при подаче сигнала .на вход лампа -проводила ток, а при отсутствии сигнала была заперта, т. е. тока не проводила.

При подаче на вход в ы с о к о г о уровня напряжения, соответствующего наличию сигнала, лампа открыта. Че­ рез нее и анодное сопротивление протекает ток, который,

75

создавая падение напряжения на сопротивлении R a , дает на выходе А (аноде лампы) напряжение низкого уровня, соответствующее отсутствию сигнала.

При подаче на вход схемы н и з к о г о уровня напря­ жения лампа заперта, ток через нее не протекает и «а аноде лампы (выходе А) снимается высокий уровень на-

г)

Рис. 13. Инвертор — элемент логического отрицания («не»):

пряжения, соответствующий напряжению анодного питания +£),. Иными словами, если сигнал р на входе схемы инвертора соответствует «О» (сигнал низкого уров­ ня или отрицательный), лампа заперта большим отрица­ тельным смещением и с ее анода снимается напряжение высокого уровня, соответствующее наличию на выходе А сигнала «1». Если на входе имеется сигнал р, соответ­ ствующий «1 », то лампа открыта и на ее аноде будет напряжение низкого уровня, соответствующее «О».

На рис. 13,г приведена схема инвертора, построенная на полупроводниковом триоде ПТ. При отсутствии на­

76

пряжения на входе р (что соответствует сигналу «О») полупроводниковый триод ПТ заперт напряжением сме­ щения + Е с> создаваемым сопротивлениями и /?3. На базе триода (в точке «б») при этом получается по­ тенциал относительно заземленного эмиттера, надежно запирающий триод. Если на вход схемы подать отрица­ тельное напряжение, то потенциал точки «б» базы ста­ нет также отрицательным и триод откроется. Потенциал на выходе А инвертора за счет падения напряжения на сопротивлении изменится от — В к до 0 в. Таким обра­ зом, эта схема работает аналогично предыдущей.

Два инвертора, включенных последовательно, пред­ ставляют собой схему инвертора-усилителя. Инверторусилитель имеет один вход и два выхода, из которых один инверторный, а другой усилительный. Если сигнал на входе инвертора-усилителя соответствует «О», то на инверторном выходе схемы имеется сигнал «1 », а на уси­ лительном «О». И наоборот, если сигнал на входе—«1», то на инверторном —«О», а на усилительном —«1». Ин­ вертор-усилитель применяется для одновременного ин­ вертирования и усиления входного сигнала по мощности.

Собирательная схема — элемент логического сложе­ ния («или»). Логическому сложению отвечает такая связь между несколькими простыми высказываниями, в результате которой полученное сложное высказывание истинно только тогда, когда истинно х о т я бы о д н о из простых высказываний.

Логическое сложение реализуется электронной схе­ мой, называемой собирательной (Сб), на выходе которой оигнал появляется только тогда, когда имеется

Операция логического сложения выражается для вы­ соких уровней напряжения или положительных сигналов логическим уравнением' А =/? + q + г, а для низких уровней нап£яжения_ или отрицательных сигналов —

уравнением А = р + q + г.

Существует большое количество различных вариан­ тов выполнения собирательных схем. В качестве приме­

77

ра рассмотрим простейшую, собранную на полупровод­ никовых диодах 'и получившую наибольшее распростра­ нение. Такая собирательная схема на три входа пред­ ставлена на рис. 1,4,6.

Если на все три входа собирательной схемы поданы напряжения низкого уровня, то на выходе А будет низ-

кий уровень, определяемый соотношением ограничиваю­ щего сопротивления R ocp и сопротивления нагрузки /?„.

г) или на несколько входов одновременно будут поданы сигналы высокого уровня. При этом диоды пропускают ток, который на сопротивлении R H создает падение на­ пряжения, повышающее потенциал выхода А.

Изображение собирательных схем на функциональных

ножения («и»). Логическому умножению отвечает такая связь между несколькими простыми высказываниями, в результате которой полученное сложное высказывание истинно только тогда, когда одновременно истинньгв се простые высказывания.

Логическое умножение реализуется электронной схе­ мой, называемой схемой совпадения (Сп),'Тпг выходе которой появляется сигнал А только тогда, когда имеют­ ся сигналы на всех входах одновременно.

Логическая таблица для элемента «и» на три вхо­ да приведена на рис. 15. Операция логического умноже­ ния выражается для высоких уровней напряжения или

78

ко применяются схемы совпадения на два входа (их ча­ сто еще называют в е н т и л я м и, или к л а п а н а м и), выполненные на электронных лампах (рис. 16).

В отличие от схем совпадения, построенных на полу­ проводниковых диодах, электронно-ламповая схема по­ зволяет получать хорошие выходные импульсы. Поэтому эта схема может быть использована в качестве формирователя импульсов и усилителя

мощности.

Импульсы на выходе А схемы совпадения появляют­ ся только в случае одновременного воздействия на вход 1 — р и на вход 2 — q положительных управляющих сигналов. Импульсы, поступающие на вход р , откры­ вают лампу по управляющей сетке лампы, а поступаю­

79