схематехника. Схемотехника

• Название: Схемотехника
• Анкор: схематехника
• Дата: 12.02.2021
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: схематехника.docx
• Тип: Документы; #176048
• страница: 3 из 9

4 Дәріс. Компараторлар және бақылау схемалары

 

4.1 Компараторлар

 

Компараторлар (салыстыру құрылғысы) екі сөз арасындағы қатынасты анықтайды. Басқаларын анықтайтын негізгі қатынастар деп  "тең" және "үлкен"-ді айтуға болады.

Компараторлар функция белгіленуіндегі индекстерінде көрсетілген шарт сақталса, онда 1 мәнін қабылдайды.  Мысалы, А = В болса, онда F_A = B = 1, ал нөлдік мән қабылдаса  А ≠ В.

Негізгі қатынас ретінде  "тең" және "үлкен" қабылдасақ, онда қалғанын былай жазуға болады: 



Цифрлық элементтер сериясында ретінде әдетте үш кірісті компараторлар бар:  "тең", "үлкен" және "кіші" (4.1 суретті қара). Шығыс функциясының индексінде жазбаны қысқарту үшін тек А сөзі көрсетіледі.

                     

 

 4.1 сурет - Үш шығысты компараторлардың шартты белгілері

Тепе-теңдікте салыстыру құрылғысы екі сөздің бір аттас разрядтарында разряд бойынша операция негізінде құрылады. Егерде олардың бір аттас разрядтары тең болса, екеуінде де нөл немесе бірлік болса, онда сөздер тең болады. Разрядтар теңдігі белгісі

.

Сөздер теңдігі белгісі  



4.2 суретте ЖӘНЕ-ЕМЕС базисінде тепе-теңдіктегі компаратор схемасы көрсетілген.



 

4.2 сурет - Тепе-теңдіктегі компаратор схемасы

 

Бір разрядты сөз үшін "үлкен"-де компаратор құру   функциясын жүзеге асыруды талап етеді  (4.1 кестеге қараңыз).

 

4.1кесте

a	b	FA>B
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	0

 

Жалпы жағдай үшін  n-разрядты сөз мынаған тең  

.

  

4.2 Бақылау схемасы

 

Қателерді табу есептері әртүрлі әдістермен жүзеге асады. Бақылау функциясын қосу әрқашанда артықшылықпен байланысты – жаңа мүмкіндіктер үшін төлем қосымша аппараттық және уақытша шығындарға әкеледі.

    

4.2.1 Мажоритарлы элементтер.

Мажоритарлы элемент тапсырмалары -"дауыс беру" өткізіп, кірістің біршамасына сәйкес келетін шығыс шамасына беру. Мажоритарлы элементтерде кірістер тек қана тақ сан болады.

Функцияланған мажоритарлы элемент F₁, F₂, және F₃  мәндері келіп түсетін кірістерде және дауыс беру нәтижесінде өңделген F шығыс шамасы 4.2 кестеде көрсетілген.

4.2 кесте

F1	F2	F3	F	a1	a0
0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	1
0	1	0	0	1	0
0	1	1	1	0	1
1	0	0	0	0	1
1	0	1	1	1	0
1	1	0	1	1	1
1	1	1	1	0	0

 

F шығысынан басқа, кестеде F=1 болғандағы бас тартушы арнаның нөмірін көрсетуші, екі разрядты кодтың үлкен және кіші разрядтары - a₁, а_о  шығыстары берілген (4.4 суретті қара). Кестеден, оңай түрленуден кейін төмендегідей келесі функцияны алуға болады:

 



 



 

 4.4 сурет - Мажоритарлы элементтермен дауыс беру схемасы 

 

Схемада мажоритарлы элемент типінен аса көп сенімділік талап етіледі, егер ол бас тартса, онда  схеманың барлық қорын пайдасыз қалдырады. 

 

4.2.2 Модуль 2 бойынша бақылау.

ЦҚ қалыпты жұмыс істеу үшін маңызды шарт – мәліметтерді дұрыс тарату мен сақтауды бақылау.

Кодтық комбинация – қабылданған алфавит символдарын жинақтау.

Код – ақпаратты бейнелеуге арналған кодтық комбинация жиынтығы.  

Екі кодтық комбинация арасындағы кодтық арақашықтық – осы комбинация бір-бірінен ерекшелінетін разрядтар саны.

Ең аз кодтық арақашықтық  d_min – осы кодқа кіретін, кез-келген комбинациялар жұбы үшін ең аз кодтық қашықтық.

Қателер ұзақтығы дегеніміз осы сөздегі қателер саны (дұрыс емес разрядтар саны).

Кодтау теориясынан кодтарды қолданғанда қателерді тауып және түзеу шарттары белгілі:



мұндағы d_min – кодтың ең аз арақашықтығы;

г_таб және г_түз – сәйкесінше қателерді тауып және түзеу ұзақтығы.

Код салмағы – осы комбинациядағы бірліктер саны.

Екілік код үшін ең аз кодтық қашықтық d_min = 1, сол себепті, ол өзіне әсер ететін қандайда бір мүмкіндікке ие емес. Ең болмаса, бірлік ұзақтықтағы қателерді табу мүмкіндігіне ие болу үшін, ең аз кодтық арақашықтықты  1-ге көтеру керек. Бұл  модуль 2 бойынша бақылау үшін жасалған  (тақ/жұп бойынша бақылау).

Бақылаудың бұл әдісінде сөздер барлық кодтық комбинациялардың әрқайсысын жұп етіп жасау үшін мәндерді таңдап, бақылау разрядтарымен толықтырылады. Бірлік қатеде жұп (тақ)  кодтық комбинацияда оның салмағы өзгереді, ал мұндай комбинация бұл кодқа жатпайды. Екілік қателікте комбинация жұптылығы (тақ) бұзылмайды – мұндай қателер ашылмайды. Бақылау разряды бар кодта

                                                             d_min = 2.

Жұп бойынша бақылау кезінде кодтық комбинация салмағы жұп, ал тақ бақылау кезінде тақ болады.

Модуль 2 бойынша бақылау түйіншек схемасы көмегімен жүзеге асады. Машықтану үшін типтік көп белдеулі түйіншек схемасы пирамида типті болады.   

Модуль 2 бойынша  ИС түйіншекке мысал ретінде КР1533 сериялы ИП5 микросхемасы қызмет етеді (4.5,а суретті қара). Схема байт түйіншегіне тоғыз бақылау разрядымен жіберілетін 9 кірістен тұрады. Схеманың екі шығысы  Е (Even) және О (Odd) болады. Егерде кіріс комбинацияның салмағы жұп болса, онда Е = 1 және О = 0 , егер салмағы тақ болса, керісінше болады.

 



 4.5 сурет - ИКР1533ИП5 микросхемасы

 

Сұлбатехникалық  ИС КР1533ИП5  тақ/жұп типті үш кірісті элементтерден құрылған пирамидалы құрылымды көрсетеді (4.5,б суретті қара).

Модуль 2 бойынша бақылаумен мәліметтерді тарату 4.6 суретте көрсетілген. Кіріс мәліметтер D арқылы белгіленген, ал каналдан шығыстағы мәліметтер байланысы D' арқылы белгіленген, олар қателерді іздеуде өзгеруі мүмкін.

 

              

 4.6 сурет –  ИП5-ті байланыс арнасын бақылау үшін қолдану

 

4.2.3 Хемминг кодын пайдаланып бақылау.

Хемминг кодын қолдану қабылдаудың соңында бірлік қателерді түзетуге мүмкіндік береді. Хемминг кодының кодтық комбинациясын алу үшін ақпараттық сөзге бірнеше бақылау разрядтары қосылады. Қабылдаудың бақылау разрядтарының мәнін анықтау мақсатымен бақылау разрядтары 2ⁱ (i = 0, 1, 2,...), немесе 1, 2, 4, …  нөмірлі ұстанымдарға ие.

Әрбір бақылау разряды кодтық комбинацияның кейбір топтық разрядтарымен қауымдасады және өзі кіретін топ салмағын жұп/таққа  шығарады.

Бірінші бақылау разрядына (1 - реті) екілік кодқа хх...хх1 сәйкес келетін нөмірлі разрядтар тобына кіреді, мұндағы х – о немесе 1.  Басқаша айтқанда, бірінші топқа тақ нөмірлі 1, 3, 5, 7, ...  разрядтар кіреді.

Екінші бақылау разрядына (2 - реті) екінші оң жақтағы разрядта бірлікке ие немесе хх...х1х екілік кодқа сәйкес келетін нөмірлері бар разрядтар тобына кіреді. Бұл нөмірлер 2, 3, 6, 7, ... .

Үшінші бақылау разрядына (4 - реті)  үшінші оң жақтағы разрядта бірлікке ие немесе екілік  хх...1хх кодына сәйкес келетін 4, 5, 6, 7, ...  нөмірлі разрядтар кіреді.  

Бақылау разрядтары өздерінің топтарының салмақтарын жұп/таққа шығарады. Одан кейін, қабылдауды анықтау үшін жұптар бойынша бақылау жүргізіледі. Модуль 2 бойынша тексеру, кодтық комбинацияда қанша бақылау разряды болса, сонша болады. Егерде кодтық комбинацияда қате болса, онда бір тексеруде ол айтылады, ал басқаларда жоқ. Бұл қате болған разрядты анықтауға мүмкіндік береді. Сөздің дұрыс мағынасын анықтау үшін тек қана қате разрядты қайтадан терістеу керек.

Мысалы: төрт разрядты ақпаратты сөз А = а₃а₂а₁а₀ = 0110 үшін Хемминг кодын құрыңыз (4.3 кестені қара).

 

4.3 кесте

8	7	6	5	4	3	2	1
р	а3	а2	а1	р3	а0	р2	р1
0 1 1 0 1 0	0 0 0 0 0 0	0 0 0 0 1 1	0 0 1 1 0 0	0 0 1 1 1 1	0 1 0 1 0 1	0 1 0 1 1 0	0 1 1 0 0 1
0	0	1	1	0	0	1	1
1 0 … 1	0 1 … 1	1 0 … 1	1 0 … 1	0 1 … 1	1 0 … 1	0 1 … 1	0 0 … 1

 

Р арқылы кестеде барлық кодтық комбинациялар үшін ортақ бақылау разрядтары белгіленген, p1, р2, р3 арқылы  - бірінші, екінші және үшінші бақылау разрядтары.

Р разрядын ескермей-ақ, дұрыс кодтық комбинация түрі мынадай:

 

7	6	5	4	3	2	1
0	1	1	0	0	1	1

    

Екінші сол жақта ( 6 - разрядта)  қате болып, комбинация қабылдансын делік:

 

7	6	5	4	3	2	1
0	0	1	0	0	1	1

Бірінші тексеру (тақ нөмірлі разрядтар топтары бойынша) бұл топта қателік жоқ екенін көрсетеді, тексеру нәтижесін нөл деп белгілейміз.

Екінші тексеру (2, 3, 6, 7 разрядтары бойынша) комбинация салмағының жұптылығының бұзылуын байқайды, тексеру нәтижесін бірлікпен белгілейміз.

Үшінші тексеру (4, 5, 6, 7 разрядтары бойынша) мұнда да жұптылық бұзылуы байқалады, нәтижесі бірлікпен белгіленеді.

 

5 Дәріс. Сумматорлар

 

Сумматорлар сандарды арифметикалық біріктіру мен азайтуды орындайды, процессорлардың арифметика-логикалық құрылғылар (АЛҚ)  схемаларының ұйытқысы болып табылады. 

 

5.1 Бір разрядты сумматор

 

Бір разрядты сумматордың үш кіріс (екеуі қосылмалы және біреуі алдыңғы разрядтан өтетін) және екі шығысы (келесі разрядқа өтетін және қосылатын) бар.  

 

5.1 кесте - Бір разрядты сумматордың ақиқат кестесі

 

ai	bi	ci-1	Si	Ci
0	0	0	0	0
0	0	1	1	0
0	1	0	1	0
0	1	1	0	1
1	0	0	1	0
1	0	1	0	1
1	1	0	0	1
1	1	1	1	1

 

Қосылатын және өтетін функциялардың талдау өрнектері мынаған тең (С ағылшыннан carry)

                                       .                                 (5.1)               

                                                      .                                         (5.2)

5.1 кестеден, бірінші және соңғы жолдардан басқасы төмендегідей екенін көруге болады

                                                           .                                                           (5.3)

(5.3) формуласы 5.1 кестенің барлық жолдары үшін дұрыс болатынын көруге болады, егер 1 – жолда   емес,   болса, онда (5.3) формуласы бойынша 0=1∙0 (  өткізу функциясын қайтадан терістеу)  теңдігі сақталатын еді және соңғы жолға   қосыңыз.

 (5.3) формуласын ескере отырып,  мынадай формула  аламыз

                                             .                                           (5.4)

(5.2 және 5.4) өрнектерді жүзеге асыратын сумматордың схемасы 5.1,а суретінде көрсетілген.  



 

5.1 сурет - Бір разрядты сумматор схемасы және шартты белгісі (б,в)

 

     S_i қосылу функциясы мен C_i  өту функциясы  өздігінен екі түрлі қасиетке ие (5.1кестеге қара): барлық аргументтерді терістегенде функцияның барлық мәндері терістеледі 

                                                 .                                      (5.5)