3-ma’ruza. Kombinatsion turdagi raqamli qurilmalarni loyihalash

3-ma’ruza. Kombinatsion turdagi raqamli qurilmalarni loyihalash. Shifratorlar va deshifratorlar. Multipleksorlar va demultipleksorlar. Arifmetik-mantiq qurilmalar.
Reja:

1. 
   Deshifrator.
   
2. 
   Shifrator.
   
3. 
   Kod o’zgartgichi.
   
4. 
   Arifmetik-mantiqiy qurilma.
   

Tayanch iboralar: Deshifrator, shifrator, axborot o’zgartirish, kod o’zgartgich, arifmetik-mantiqiy qurilma, ketma-ket AMQ , parallel AMQ, qo’zgalmas vergulli sonlar ustida amallarni bajaruvchi va suriluvchi vergulli sonlar ustida amallarni bajaruvchi AMQlar, sinxron va asinxron AMQlar.

1. Deshifrator deb kirish yo’llariga berilgan kodni chiqish yo’llarining birida signalga o’zgartiruvchi birnecha kirish va chiqish yo’llariga ega bo’lgan kombinatsion sxemaga aytiladi. - kirish yo’lli deshifrator chikish yo’liga ega bo’lsa, bunday deshifrator to’liq hisoblanadi. Agar chiqish yo’li soni dan kichik bo’lsa deshifrator to’liq hisoblanmaydi.

3.1-rasmda to’rtta chiqish yo’lli deshifratorning mantiqiy sxemasi keltirilgan. Deshifratorning ishlashi 3.1-jadval orqali tavsiflanadi.

3.1-rasm. To’rtta chiqish yo’lli deshifratorning sxemasi va shartli belgilanishi.
3.1-jadval

Kirish signallari		Chiqish signallar
0	0	1	0	0	0
0	1	0	1	0	0
1	0	0	0	1	0
1	1	0	0	0	1

Deshifratorning faqat bitta chiqish yo’li faol hisoblanadi va bu chiqish yo’lining nomeri kirish yo’li kodi orqali bir ma’noda aniqlanadi. Deshifratorni shartli belgilashda (inglizcha- so’zidan olingan) harflari qo’yiladi (3.2-rasm). Deshifrator kirish yo’llari 1248 ikkili salmoq bilan belgilanadi. Odatda 4 chiqish yo’lli (kirish yo’li kodining 2 ta xonasi), 8 chiqish yo’lli (kirish yo’li kodining 3 ta xonasi), 16 chiqish yo’lli (kirish yo’li kodining 4 ta xonasi), to’liq bo’lmagan ikkili-o’nli deshifratorlar ishlab chiqariladi. Ular mos holda 2-4, 3-8,4-16, 4-10 deb belgilanadi.

3.2-rasm. Deshifratorning shartli belgilanishi.
Deshifratorlar hajmi, kanallari soni hamda chiqish yo’li kodining formati bo’yicha farqlanadi. Deshifrator chiqish yo’li o’zgaruvchilari quyidagi mantiqiy ifoda orqali tavsiflanadi:




Invers chiqish yo’lli deshifratorlarni yorug’lik diodidagi indikatorlarda qo’llash qulay hisoblanadi.
Bunday deshifratorning tuzilmasi va shartli belgilanishi 3.3-rasmda keltirilgan. Misol tariqasida 3.3-rasm (b) da yorug’lik diodning deshifratorning to’rtinchi chiqish yo’liga ulanishi keltirilgan.

3.3-rasm. Invers yo’lli deshifrator sxemasi va shartli belgilanishi.
Kirish yo’llari parafaz va bir fazali deshifrator foydalaniladi. Kirish yo’llari bir fazali deshiftorlarda liniyalar soni kamayadi va qo’shimcha invertorlarni ishlatishga hojat kolmaydi. Natijada bog’lanish liniyalar uzunligi yuklamasi yo’qotiladi. Bu esa o’z navbatida tezkorlikni oshishiga olib keladi.
Odatda kirish yo’llari to’rttadan ko’p bo’lgan deshifratorlar ishlab chiqarilmaydi. Chiqish yo’llari sonini ko’paytirishga xonalilikni oshirish yo’li bilan erishiladi (3.4-rasm).

3.4-rasm. Ikki pog’onali deshifrator sxemasi.

Birinchi pog’ona deshifratorining chiqish yo’llari ikkinchi pog’ona deshifratorlarining  kirish yo’llariga ulanadi. Ikkinchi pog’ona deshifratorlaridan faqat bitta deshifratorning bitta chiqish yo’li faol bo’ladi, holos. Ikkinchi pog’onada 3-8 deshifratorlar ishlatilsa 32 chiqish yo’lli deshifrator hosil bo’ladi.

Deshifratorlar asosida kodlarni o’zgartiruvchi turli sxemalar - multipleksorlar, demultipleksorlar, ixtiyoriy mantiqiy funktsiyalarni shakllantirgichlari turli indikatsiya sxemalar va hakozalar qurilishi mumkin.

2. Shifrator deb kirish yo’llarining faqat bittasiga berilgan signalni chiqish yo’lida parallel ikkili kodga o’zgartiruvchi bir necha kirish va chiqish yo’llariga ega bo’lgan kombinatsion sxemaga aytiladi. Ikki chiqish yo’lli shifratorning mantiqiy sxemasi 3.5-rasmda keltirilgan. Shifratorning ishlashi 3.2-jadvaldagi haqiqiylik jadvali orqali tavsiflanadi. Shifratorni shartli belgilashda (inglizcha so’zidan olingan) harfidan foydalaniladi (3.5-rasm (b)).

3.5-rasm. Shifratorning sxemasi (a), shartli belgilanishi (b).

3.2-jadval.

Chiqish yo’li signallari				Kirish yo’li signallari
0	0	0	1	0	0
0	0	1	0	0	1
0	1	0	0	1	0
1	0	0	0	1	1

To’liq shifrator kirish yo’liga va chiqish yo’liga ega bo’ladi (3.6-rasm (a)).

Shifrator o’nli sonlarni ikkili sonlarga o’zgartirishda ham ishlatiladi. Masalan, 3.6-rasm (b)dagi shifratorning 10 ta kirish yo’lining biri ko’zg’atilsa, uning chiqish yo’lida qo’zg’atilgan kirish yo’li nomeriga mos ikkili kod shakllanadi. Masalan, kirish yo’liga signal berilganda chiqish yo’lida 1001 kodi paydo bo’ladi.

3.6-rasm. Shifratorlarning shartli belgilanishi.

Shifratorlarning ishlatilishi raqamli qurilmalarda (uzatish liniyalarda) signallar sonini kamayishiga olib keladi.

3.6-rasm (b) dagi shifrator ishlashining haqiqiylik jadvali 3.3-jadvalda keltirilgan. Ushbu jadvalga 3.7-rasmda keltirilgan elementida amalga oshirilgan shifrator mos keladi.
3.3-jadval

Kirish yo’li nomeri	Chiqish yo’li kodi
0	0	0	0	0
1	0	0	0	1
2	0	0	1	0
3	0	0	1	1
4	0	1	0	0
5	0	1	0	1
6	0	1	1	0
7	0	1	1	1
8	1	0	0	0
9	1	0	0	1

3.7-rasm. elementlarida qurilgan shifrator sxemasi.

Agar shifrator elementlarda qurilsa chiqish yo’llari inversli bo’ladi (3.8-rasm). elementlarida qurilgan shifratorlar kirish yo’llariga invers qiymatlarni berish lozim, ya’ni shifrator chiqish yo’lida ma’lum kirish yo’lini (o’nli raqamni) ifodalovchi ikkili sonni olish uchun mos kirish yo’liga mantiqiy “0”, qolgan kirish yo’llariga mantiqiy “1” berilishi lozim (3.9-rasm).

3.8-rasm. elementlarida qurilgan shifrator sxemasi.

Shifratorlarda axborot kirish yo’llaridan tashkari kiritish va chiqarishga ruhsat beruvchi hamda shifratorlarni kengaytiruvchi qo’shimcha kirish yo’llari mavjud.

3.9-rasm. elementlarida qurilgan shifrator sxemasi.
3. Raqamli qurilmalarda ko’pincha axborotni bir sanoq tizimdan ikkinchisiga hamda bir ikkili koddan ikkinchisiga o’zgartirishga to’g’ri keladi.
Axborotni bir koddan ikkinchisiga o’zgartirish kod o’zgartgichlari deb ataluvchi kombinatsion qurilmalarda amalga oshiriladi. 3.10-rasm (a), (b) da mos holda, ikkili-o’nli kodni ikkili kodga va ikkili kodni ikkili-o’nli kodga o’zgartgichlarning shartli belgilanishi keltirilgan.
Kod o’zgartgichlarini loyihalashda quyidagi ikkita usuldan foydalaniladi:

• 
  dastlabki ikkili kodni o’nli kodga o’zgartirish, so’ngra o’nli ifodani istalgan kodga o’zgartirish;
  
• 
  kombinatsion xildagi mantiqiy qurilmadan foydalanib bevosita o’zgartirishni amalga oshirish.
  

Birinchi usul bo’yicha deshifrator va shifrator ketma-ket ulanadi. Ta’qidlash lozimki, shifrator va deshifrator kod o’zgartgichlarining xususiy holi hisoblanadi.
Ikkinchi usul bo’yicha haqiqiylik jadvali tuzilib, kirish yo’llariga beriladigan va chiqish yo’llaridan olinadigan kombinatsiyalar o’tasida bir ma’noli moslik o’rnatiladi. So’ngra berilgan bazisda mantiqiy kombinatsion qurilma sintezlanadi. Ushbu usulga misol tariqasida etti segmentli yorug’lik diod yoki suyuq kristall indikatorni boshqarishni ko’raylik (3.10-rasm).
Bunday indikatorlarda “0” raqami uchun segmentni o’chirish lozim, qolganlari yonib turadi. “1” raqami uchun segmentlarni o’chirish lozim, va segmentlari yonib turadi va h.

3.10-rasm. Ikkili-o’nli kodni ikkili kodga o’zgartirgich (a), ikkili kodni ikkili-o’nli kodga o’zgartirgich (b) shartli belgilanishi va etgi segmentli kod (v).
Ushbu kod o’zgartirish uchun hakikiylik jadvali 3.4-jadvalda keltirilgan.
3.4-jadval O’nli kodni etti segmentli kodga o’zgartirish jadvali

O’nli raqam	8421 kodi				Segmentlar holati
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1
2	0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0
3	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
5	0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0
6	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
7	0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0

Sintezlanayotgan kombinatsion qurilma to’rtta kirish yo’liga va ettita chiqish yo’liga ega, shu sababli ettita chiqish yo’lining har biri uchun quyidagi ifodani olamiz:


Ushbu ifoda bo’yicha ikkili kodni etti segmentli kodga o’zgartgich sxemasini qurish qiyinchilik tug’dirmaydi.

4. Arifmetik - mantiqiy qurilmalar. Arifmetik-mantiqiy qurilma (AMQ) raqam kodlari ustida amallar bajarishga mo’ljallangan. AMQda, odatda, arifmetik, mantiqiy va maxsus arifmetik amallar bajariladi. Arifmetik amallarga qo’shish, ayirish, ko’paytirish, bo’lish va son modullarini ayirish amallari; mantiqiy amallarga kodlarning tengligini aniqlash maqsadida bir-biriga taqqoslash, ko’p xonali ikkili so’zlar ustida bajariladigan diz’yunktsiya va kon’yunktsiya amallari; maxsus arifmetik amallarga siljitish, normallashtirish, butun sonlar ustida bajariladigan amallar va ikki marta katta annqlik bilan hisoblashni ta’minlovchi amallar kiradi.

Mantiqiy amallar va maxsus arifmetik amallarning aksariyati bilan EHM ning asosiy uzellarini ko’rganda tanishgan edik.
Arifmetik-mantiqiy qurilmalarni quyidagicha klassifikatsiyalash mumkin.
Raqamli axborotni uzatish va ishlash jarayonlarini tashkil etish usuli bo’yicha: ketma-ket, parallel AMQlar farqlanadi.
Ketma-ket AMQlarda raqamli axborotni uzatish va ishlash uning alohida xonalari ustida vaqt bo’yicha ketma-ket amalga oshiriladi.
Parallel AMQlarda raqamli axborotni uzatish va ishlash uning hamma xonalari ustida vaqt bo’yicha parallel amalga oshiriladi.
Sonlarni ifodalash usuli bo’yicha: qo’zgalmas vergulli sonlar ustida amallarni bajaruvchi va suriluvchi vergulli sonlar ustida amallarni bajaruvchi AMQlar farqlanadi.
Alohida amallarning bajarilishi vaqti bo’yicha sinxron va asinxron AMQlar bo’ladi. Asinxron AMQlarda har bir amalning bajarib bo’lingan payti aniqlanib, so’ngra keyingi amal bajariladi. Sinxron AMQlarda operandlarning qiymatlari bilan aniqlanuvchi amallar davomiyligining har xilligidan qat’i nazar, alohida amallar uchun o’zgarmas vaqt belgilanadi.

Element va uzellarning ishlatilishi bo’yicha blok tipidagi va universal tipdagi AMQlar bor. Blok tipidagi AMQlarda asosiy amallar bir biriga bog’liq bo’lmagan alohida bloklarda bajariladi. Universal AMQlarda hamma amallar bir xil uzellardan foydalanib bajariladi. Quyida qator amallarni bajarish algoritmlari va bu algoritmlarni amalga oshiruvchi universal tipdagi AMQ strukturalari bilan tanishamiz.

Raqamli mikrosxemalar fan va texnikaning ixtiyoriy masalasini yecha oladilar. Buning uchun raqamli mikrosxema asosidagi qurilmada, yechiladigan masalaning dastlab berilganlari haqidagi ma’lumotlar, yechish algoritmi va hisoblash natijalari faqat ikkita qiymat: 0 va 1 signallari ko‘rinishida ifodalanadi. Ikkilik raqamlari ketma-ketligi yordamida raqamli qurilmalarda ixtiyoriy ma’lumolarni (raqamlar, matnlar, komandalar va h.z.) kodlash, saqlash va qayta ishlash mumkin. Shunday qilib, raqamli tizimlarda o‘zgaruvchan va o‘zgarmas (doimiy) kattaliklar raqamlar ko‘rinishida ifodalanadi. Shuning uchun ularda masalalar yechishning sonli usullari ko‘llaniladi.
Arifmetik va mantiqiy amallar bajariladigan qurilma arifmetik-mantiqiy qurilma (AMQ) deb ataladi.

3.11-rasm. AMQ kirishi va chiqishlari.
K155IP3 IS misolida to‘rt razryadli AMQning funktsional imkoniyatlari bilan tanishib chiqamiz. Uning shartli belgilanishi 3.11 – rasmda keltirilgan. Mazkur sxema yoki mantiqiy, yoki arifmetik amallarni bajaruvchi ikkita rejimda ishlashi mumkin. Qurilma ikkita 4-razryadli operandlardan foydalanib 16 ta mantiqiy va 16 ta arifmetik amallarni bajarishi mumkin. Bajariladigan amal turi M (mode control) kirishga beriladigan boshqaruv signali darajasi bilan belgilanadi. Agar M kirishga katta kuchlanish darajasi (M=1) berilgan bo‘lsa, barcha ichki o‘tkazishlar berkiladi (blokirovka qilinadi) va qurilma ketma-ket u yoki bu mantiqiy amalni bajaradi. Agar M kirishga kichik kuchlanish darajasi M (M=0) berilgan bo‘lsa, barcha ichki o‘tishlarga ruxsat beriladi va ikkita to‘rt razryadli operandlar ustidan arifmetik amallar bajariladi.
3.5-jadval. 4-razryadli AMQ tomonidan bajariladigan mantiqiy va ularga mos arifmetik amallar majmuasi.

Rejimni boshqaruvchi M kirishdan tashqari mikrosxema S0-S3 parallel kirishlar bilan ham boshqariladi. Bu kirishlardagi signallar kombinatsiyasi bajarilishi kerak bo‘lgan aniq amalni tanlaydi.