аръхиетктура

1.

ЦИФРОВЫЕ
УСТРОЙСТВА
Выполнил Голивец Игорь 2са3

2.

Виды цифровых устройств
■ Последовательностные
■ Комбинационные

3.

Последовательностные цифровые
устройства
■ Счётчики
■ Регистры
■ Триггеры

4.

Комбинационные цифровые
устройства
■ Компараторы
■ Сумматоры
■ Мультиплексоры
■ Демультиплексоры
■ Шифраторы
■ Дешифраторы

5.

Счётчики
устройство, на выходах которого получается двоичный или двоично-десятичный код,
соответствующий числу поступивших импульсов.

6.

Классификация
■
По типу счёта:
Счётчик прямого счёта (увеличивающий): увеличивает своё значение на единицу с каждым импульсом.
Счётчик обратного счёта (уменьшающий): уменьшает своё значение на единицу с каждым импульсом.
Реверсивный счётчик: может работать как в режиме увеличения, так и в режиме уменьшения.
■
По способу синхронизации:
Синхронный счётчик: все разряды изменяются одновременно, что обеспечивает большую скорость работы.
Асинхронный счётчик (или "рябящий"): разряды изменяются последовательно, что может вызвать задержки
при подсчёте больших чисел.
■
По способу хранения данных:
Модульный счётчик: счётчик, который после достижения определённого значения сбрасывается в ноль.
Например, модуль-10 счётчик (декадный счётчик) считает от 0 до 9.
Циклический счётчик: работает в режиме кольцевого счёта, после максимального значения возвращается к
нулю.

7.

Применение
■ Микропроцессоры — для подсчёта тактов процессора, адресов команд,
отслеживания количества операций.
■ Операционные системы — для отслеживания использования ресурсов
(например, циклы процессора, системные вызовы).
■ Таймеры и часы — для измерения времени в электронных устройствах,
компьютерах, микроконтроллерах.
■ Автоматизация и контроль — в системах управления, например, для подсчёта
деталей на конвейере или количества операций.
■ Цифровая обработка сигналов — для подсчёта импульсов и обработки данных в
реальном времени.
■ Программирование — для реализации циклов, отслеживания количества
итераций в алгоритмах.

8.

Регистры
устройство для записи, хранения и считывания n-разрядных двоичных данных и
выполнения других операций над ними.

9.

Классификация
■
■
■
■
По назначению:
Общие регистры: используются для хранения временных данных, результатов вычислений, адресов и
промежуточных значений в процессе выполнения программы.
Специальные регистры: имеют особые функции, например, регистр команд, регистр состояния.
По способу доступа:
Параллельные регистры: данные записываются и считываются за один такт параллельно во все разряды.
Последовательные регистры (сдвиговые регистры)
По направлению передачи данных:
Сдвиговые регистры с односторонним сдвигом
Сдвиговые регистры с двусторонним сдвигом
По типу записи:
Регистры с синхронной записью: запись данных происходит одновременно с приходом тактового сигнала.
Регистры с асинхронной записью: данные записываются независимо от тактового сигнала, по приходу сигнала
записи.

10.

Применение
■ Процессоры — для хранения временных данных, операндов и промежуточных
результатов выполнения программ.
■ Микроконтроллеры — используются для управления периферийными
устройствами, хранения данных и настройки параметров работы.
■ Арифметико-логические устройства (АЛУ) — регистры временно хранят операнды
и результаты арифметических и логических операций.
■ Память — регистры управления используются для настройки работы модулей
оперативной памяти и её адресации.
■ Сдвиговые регистры — применяются в схемах преобразования
последовательных данных в параллельные (например, в интерфейсах передачи
данных) или наоборот.
■ Контроллеры и интерфейсы ввода-вывода — используются для буферизации
данных и передачи их между устройствами.

11.

Триггеры
класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в
одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних
сигналов.

12.

Классификация
■
■
■
■
По типу хранения и переключения:
RS-триггер
D-триггер
JK-триггер
T-триггер
По способу синхронизации:
Асинхронные триггеры: изменяют своё состояние при изменении входных сигналов, независимо от тактового
сигнала.
Синхронные триггеры: переключение происходит по тактовому сигналу, что обеспечивает согласованность
работы с другими элементами системы.
По уровню управления:
Триггеры с управлением по уровню
Триггеры с управлением по фронту (срезу)
По числу устойчивых состояний:
Двустационарные триггеры
Многостационарные триггеры

13.

Применение
■ Память — триггеры используются для хранения одного бита данных в цифровых
устройствах, таких как регистры и оперативная память.
■ Счётчики — T-триггеры применяются в счётчиках импульсов для подсчёта
событий в микропроцессорах и системах автоматизации.
■ Тактовые генераторы — синхронизация работы различных элементов схем с
помощью D- или JK-триггеров, которые управляют временными интервалами.
■ Цифровые системы управления — триггеры используются для хранения и
обработки логических состояний, которые управляют последовательностью
выполнения операций.
■ Цифровые регистры и сдвиговые регистры — триггеры обеспечивают сдвиг и
хранение данных в таких устройствах, как регистры сдвига и сдвиговые буферы.
■ Логические автоматы — триггеры применяются в конечных автоматах для
переключения между состояниями в зависимости от входных сигналов.

14.

Компараторы
устройство, сравнивающее величины аналоговых сигналов.

15.

Классификация
■
■
■
■
■
По количеству входов:
Двухвходовые компараторы
Многовходовые компараторы
По типу выходного сигнала:
Однобитные компараторы
Многобитные компараторы
По типу сравниваемых данных:
Аналоговые компараторы
Цифровые компараторы
По логике работы:
Односторонние компараторы
Дифференциальные компараторы
По скорости работы:
Медленные компараторы
Высокоскоростные компараторы

16.

Применение
■ Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) — используются для сравнения аналогового
сигнала с опорными уровнями напряжения для его преобразования в цифровой код.
■ Системы управления — компараторы применяются для контроля параметров, таких как
температура, давление или уровень жидкости, чтобы генерировать сигналы
включения/выключения в зависимости от превышения порога.
■ Осциллографы и измерительные приборы — для точного определения времени
пересечения сигналов через определённый уровень (например, при анализе форм
сигналов).
■ Микроконтроллеры и процессоры — цифровые компараторы используются для сравнения
данных, таких как адреса памяти или результаты вычислений.
■ Источник опорного напряжения — аналоговые компараторы применяются в схемах
стабилизации напряжения для контроля его уровня и выдачи управляющих сигналов.
■ Системы безопасности — в схемах обнаружения и защиты (например, детекторы
превышения тока или напряжения) компараторы следят за тем, чтобы сигнал не выходил
за заданные пределы.

17.

Сумматоры
устройство, преобразующее информационные сигналы (аналоговые или цифровые)
в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов.

18.

Классификация
■
■
■
■
По количеству разрядов:
Полусумматор
Полный сумматор
Многоразрядные сумматоры
По типу реализации:
Последовательный сумматор
Параллельный сумматор
По способу учета переноса:
Сумматор с переносом
Сумматор с упреждающим переносом
Сумматор с суммированием переноса
По функциональности:
Арифметико-логический сумматор
Цифровой сумматор

19.

Применение
■ Процессоры и микроконтроллеры — сумматоры играют ключевую роль в
выполнении арифметических операций, таких как сложение, вычитание,
инкрементация (увеличение на единицу) и декрементация (уменьшение на
единицу).
■ Арифметико-логические устройства (АЛУ) — сумматоры являются основной
частью АЛУ, выполняя арифметические операции в процессорах и других
цифровых устройствах.
■ Системы цифровой обработки сигналов (DSP) — используются для выполнения
сложных математических операций, таких как сложение, умножение, фильтрация
и преобразования данных в реальном времени.
■ Счётчики и таймеры — сумматоры используются для инкрементации значений
счётчиков и таймеров в микроконтроллерах и цифровых системах управления.
■ Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — в процессе преобразования
аналогового сигнала в цифровой сумматоры применяются для суммирования
промежуточных результатов и подсчёта значений.

20.

Мультиплексоры
устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих
входов и один выход.

21.

Классификация
■
■
■
■
■
По числу входов и выходов:
2:1 мультиплексор
4:1 мультиплексор
8:1 мультиплексор
16:1 мультиплексор
32:1 мультиплексор
По числу управляющих линий:
1 управляющая линия
2 управляющие линии
3 управляющие линии
4 управляющие линии
По типу сигналов:
Аналоговые мультиплексоры
Цифровые мультиплексоры
По направлению передачи данных:
Однонаправленные мультиплексоры
Двунаправленные мультиплексоры
По функциональности:
Статические мультиплексоры
Динамические мультиплексоры

22.

Применение
■ Коммутация сигналов — для выбора одного из нескольких сигналов и передачи
его на выход в телекоммуникационных системах и микроконтроллерах.
■ Процессоры и память — для выбора источника данных или адресации различных
блоков памяти в компьютерных архитектурах.
■ Цифровая обработка сигналов — используются для переключения между
различными входными сигналами, применяя нужные данные к конкретным
алгоритмам обработки.
■ Передача данных — мультиплексоры позволяют объединять несколько потоков
данных в один для передачи по одному каналу связи.
■ Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) — используются для выбора одного
из аналоговых сигналов перед его оцифровкой.
■ Системы управления — позволяют переключать различные управляющие
сигналы в автоматизированных системах и контроллерах.

23.

Демультиплексоры
логическое устройство, предназначенное для переключения сигнала с одного
информационного входа на один из информационных выходов.

24.

Классификация
■
■
■
■
■
По числу входов и выходов:
2:1 демультиплексор
4:1 демультиплексор
8:1 демультиплексор
16:1 демультиплексор
32:1 демультиплексор
По числу управляющих линий:
1 управляющая линия
2 управляющие линии
3 управляющие линии
4 управляющие линии
По типу сигналов:
Аналоговые демультиплексоры
Цифровые демультиплексоры
По направлению передачи данных:
Однонаправленные демультиплексоры
Двунаправленные демультиплексоры
По функциональности:
Статические демультиплексоры
Динамические демультиплексоры

25.

Применение
■ Системы связи — используются для разделения единого потока данных на
несколько каналов для дальнейшей обработки или передачи по разным
направлениям.
■ Процессоры и память — применяются для распределения данных или адресов в
различные блоки памяти или устройства в вычислительных системах.
■ Цифровые системы управления — демультиплексоры помогают в распределении
управляющих сигналов к различным устройствам в автоматизированных
системах.
■ Системы передачи данных — для распределения потоков данных из одного
источника на несколько конечных устройств в коммуникационных сетях.
■ Аналоговые системы — демультиплексоры могут использоваться для
маршрутизации аналоговых сигналов на различные приёмники.
■ Цифровые преобразователи — в аналогово-цифровых преобразователях
демультиплексоры могут применяться для распределения выходного цифрового
сигнала на несколько каналов.

26.

Шифраторы
логическое устройство, выполняющее логическую функцию (операцию) —
преобразование позиционного n-разрядного кода в m-разрядный двоичный,
троичный либо k-ичный код.

27.

Классификация
■
■
■
■
■
По количеству входов и выходов:
2:4 шифратор
3:8 шифратор
4:16 шифратор
n-шифратор
По типу сигналов:
Цифровые шифраторы
Аналоговые шифраторы
По функциональности:
Симметричные шифраторы
Асимметричные шифраторы
По способу работы:
Статические шифраторы
Динамические шифраторы
По типу управления:
Управляемые шифраторы
Неуправляемые шифраторы

28.

Применение
■ Кодирование данных — преобразуют входные данные в двоичный код для
дальнейшей обработки.
■ Передача сигналов — упрощают передачу информации, уменьшая количество
проводов.
■ Системы управления — кодируют управляющие сигналы для распределения
между устройствами.
■ Микропроцессоры — используются для кодирования адресов или управляющих
сигналов.
■ Системы автоматизации — преобразуют данные в компактный формат для
анализа и управления.
■ Устройства хранения данных — кодируют адреса ячеек памяти, обеспечивая
корректное чтение и запись.

29.

Дешифраторы
комбинационная схема, преобразующая n-разрядный двоичный, троичный или
k-ичный код в k^n-ичный одноединичный код, где k — основание системы
счисления.

30.

Классификация
■
■
■
■
■
По количеству входов и выходов:
2:4 дешифратор
3:8 дешифратор
4:16 дешифратор
n-дешифратор
По типу сигналов:
Цифровые дешифраторы
Аналоговые дешифраторы
По функциональности:
Симметричные дешифраторы
Асимметричные дешифраторы
По способу работы:
Статические дешифраторы
Динамические дешифраторы
По типу управления:
Управляемые дешифраторы
Неуправляемые дешифраторы

31.

Применение
■ Раскодирование данных — преобразуют двоичный код в десятичные или другие
форматы для дальнейшей обработки.
■ Выбор устройства — активируют одно или несколько выходных устройств в
зависимости от входного сигнала.
■ Адресация памяти — используются в компьютерных системах для выбора
определённых адресов в памяти.
■ Декодирование управляющих сигналов — применяются для обработки
управляющих сигналов в системах управления.
■ Системы связи — позволяют восстанавливать информацию из закодированного
формата в передаче данных.
■ Контроль доступа — используются для активации различных систем безопасности
на основе входных данных.