Триггер (стр. 1 )

Триггер

Триггер — последовательностное устройство, предназначенное для хранения одного разряда информации. Имеются два состояния: 0 и 1. Два выхода – прямой и инверсный. Асинхронный триггер изменяет своё состояние непосредственно в момент появления сигнала. Синхронные триггеры реагируют на входные сигналы только при наличии соответствующего сигнала на так называемом входе синхронизации С. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход С логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход). Динамические триггеры воспринимают входные сигналы при изменении сигнала на входе С от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход). В одноступенчатом триггере имеется одна ступень запоминания информации, а в двухступенчатом — две такие ступени. Вначале информация записывается в первую ступень, а затем переписывается во вторую и появляется на выходе. Двухступенчатый триггер обозначают ТТ.

SR имеет два входа S и R, основной и инверсный выходы. Состояние триггера определяется по сигналу на основном входе. Вход S называется входом установки, а вход R входом сброса. Подача управляющих сигналов одновременно на входы S и R запрещена. В отсутствии управляющих сигналов состояние триггера измениться не может, триггер находится в режиме хранения информации.

       

D – триггер, называемый еще триггером задержки может быть асинхронным и синхронным, но асинхронный D – триггер смысла не имеет. Сигнал (информация ) на выходе всегда совпадает с информацией на входе, т. е. Qt+1 = Dt.

 

Несинхронный Т – триггер имеет один вход Т, основной и инверсный выходы.. Этот триггер переключается сигналом на входе Т в противоположное состояние только при наличии логической единицы на входе синхронизации С. Т –триггер называют «счетным» триггером, т. к. делит частоту следования управляющих импульсов в два раза, или, как говорят, «пересчитывает» их вдвое.

Т – триггер может быть построен на D – синхронном триггере.

Несинхронный JK – триггер имеет два входа J и K, основной и инверсные входы. Отличие от  RS – триггера состоит в том, что этот триггер не имеет запрещенных комбинаций сигналов на входах, а при подаче управляющих сигналов одновременно на оба входа триггер переключается в противоположное состояние.        JK – триггер называют универсальным, т. к. из него можно сделать любой тип триггера. Для получения T – триггера достаточно объединить входы J и K и назвать этот вход входом Т по которому триггер будет переключаться в противоположное состояние, как это должен делать Т – триггер.

(Де)Шифратор

Шифратор логическое устройство, выполняющее преобразование позиционного кода в n-разрядный двоичный код. Шифратор выполняет функцию преобразования унарного кода в двоичный. При подаче сигнала на один из входов (обязательно на один, не более) на выходе появляется двоичный код номера активного входа.

Дешифраторами называются комбинационные устройства, преобразующие n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Часто дешифраторы дополняются входом разрешения работы E. Если на этот вход поступает единица, то дешифратор функционирует, в ином случае на выходе дешифратора вырабатывается логический ноль вне зависимости от входных сигналов.

(Де)Мультиплексор

Mультиплексор — логическое устройство, имеющее несколько входов, один или более управляющих входов (отвечают за выбор операции) и один выход. Мультиплексор позволяет передать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов. В качестве этой схемы обычно используется дешифратор. Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable), который может разрешать или запрещать прохождение входного сигнала на выход Y.

Демультиплексор —  логическое устройство, в котором сигналы с одного информационного входа поступают в желаемой последовательности по нескольким выходам в зависимости от кода на адресных шинах. Таким образом, демультиплексор в функциональном отношении противоположен мультиплексору. Функции демультиплексоров сходны с функциями дешифраторов. Дешифратор можно рассматривать как демультиплексор, у которого информационный вход поддерживает напряжение выходов в активном состоянии, а адресные входы выполняют роль входов дешифратора.

Конвейер в процессоре

Простой пятиуровневый конвейер в RISC-процессорах (IF (англ. Instruction Fetch) — получение инструкции, ID (англ. Instruction Decode) — раскодирование инструкции, EX (англ. Execute) — выполнение, MEM (англ. Memory access) — доступ к памяти, WB (англ. Register write back) — запись в регистр.

Конвемйер — это способ организации вычисления, используемый в современных процессорах.

Идея конвейера в том, что команда подразделяется на несколько этапов, каждый из которых выполняется определенной час­тью аппаратного обеспечения, причем все эти части могут работать параллельно.

Конвейерные вычисления привели к росту быстродействия, не связанной с изменением элементной базы. В итоге, быстродействие увеличивается пропорционально количеству потоков вычисления. Разумеется, это идеальный случай. Затруднения начинаются тогда, когда 3-му потоку для операций нужны данные, которые будут получены после того, как «отработает» 2-1 поток. И 3-й поток не сможет запуститься, пока не завершит работу 2-й поток. Для этого нужно, чтобы зависимые потоки были как можно дальше друг от друга по «конвейеру» Этим занимается оптимизатор процессора, который выстраивает очередь. Для некоторых языков, С/С++, которые могут работать непосредственно с указателями, он не может определить, зависит ли переменная а, нужная для расчётов 3-му потоку, от переменной б, которая получена в результате 2-го потока. Это приводит к сложностям оптимизации кода при организации очереди, но, вместе с этим, позволяет существенно увеличить быстродействие. Рекомендуется сначала выбрать данные, необходимые для расчётов, а только потом производить расчёт и именно в том порядке, в котором производилась присвоение значений переменным и т. п. Отсюда возникает оптимизации при компиляции кода под различные архитектуры процессора и проблемы, когда приложение, быстро работающее под одной архитектурой, намного дольше работает под другой (процессор по другому выстраивает очереди и конвеерная обработка может превратиться в почти однопоточную). Некоторые современные процессоры имеют более 30 ступеней в конвейере, что увеличивает производительность процессора, однако приводит к большому времени простоя (например, в случае ошибки в предсказании условного перехода.

Факторы, снижающие эффективность конвейера:

простой конвейера, когда некоторые ступени не используются (напр., адресация и выборка операнда из ОЗУ не нужны, если команда работает с регистрами); ожидание: если следующая команда использует результат предыдущей, то последняя не может начать выполняться до выполнения первой (это преодолевается при использовании внеочередного выполнения команд, out-of-order execution); очистка конвейера при попадании в него команды перехода (эту проблему удаётся сгладить, используя предсказание переходов).

Конвейер памяти

Конвейер памяти - метод доступа к данным, при котором можно продолжать операцию чтения по предыдущему адресу в процессе запроса по следующему.

Счётчик

Счётчик — устройство, на выходах которого получается двоичный код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчик относится к последовательстным логическим устройствам. Счётчики строятся на Т – триггерах или на универсальных JK – триггерах. Основной параметр счётчика — модуль счёта — максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Для подсчета и выдачи результата счетчики имеют один вход и n выходов, где n-количество разрядов. В общем случае счетчик имеет 2ⁿ устойчивых состояния, включая и 0-е. Количество устойчивых  состояний называется модулем (М= 2ⁿ). Для установки начального состояния счетчика (сброс в ноль) обычно предусматривается вход сброса.

По назначению счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными.

Реверсивные счетчики могут производить как сложение, так и вычитание поступающих на вход импульсов  в зависимости от управляющих сигналов, меняющих режим работы счетчика.

По способу переноса сигнала в старший разряд счетчики могут быть с последовательным и параллельным переносом.

Счетчики бывают синхронными, когда счетные импульсы подаются счетные входы всех триггеров, и асинхронными, когда сигнал на счетный вход какого-либо триггера подается с выхода одного из триггеров младших разрядов.