Читать книгу "Код. Тайный язык информатики - Чарльз Петцольд"

Триггер похож на качели, которые имеют два устойчивых состояния, никогда подолгу не задерживаются в неустойчивом среднем положении. Глядя на качели, вы всегда можете сказать, в какую сторону они качнулись в последний раз.

Возможно, это не является очевидным, однако триггеры весьма полезны. Они обеспечивают память схемы, сохраняющую историю того, что произошло ранее. Представьте, что значит считать, не обладая памятью. В этом случае вы не знаете, какое число задумали, какое число следует к нему прибавить! Точно так же схема, которая производит подсчет (описанная далее), требует наличия триггеров.

Существуют два различных типа триггеров. Тот, что я показал выше, является самым простым и называется RS-триггером (Reset/Set, сброс/установка). Два вентиля ИЛИ-НЕ чаще всего изображаются и обозначаются так, как показано на диаграмме, для придания им симметричного вида.

Выход, который мы использовали для лампочки, традиционно называется Q (от английского quit — «выход»). Кроме того, существует второй выход , который является электрически противоположным выходу Q, то есть инверсией Q. Если Q равен 0, то Q равен 1, и наоборот. Два входа, S и R, используются для установки (set) и сброса (reset). Вы можете думать об этих действиях так: «установить значение Q на 1» и «сбросить значение Q на 0». Когда S равно 1 (что соответствует замыканию верхнего переключателя на приведенной раннее диаграмме), выход Q становится равным 1, а выход — 0. Когда R равен 1 (что соответствует замыканию нижнего переключателя на приведенной ранее диаграмме), выход Q становится равным 0, а выход — 1. Когда оба входа равны 0, выход указывает на то, являлось ли последним действием установка или сброс значения Q. Результаты работы этой схемы приведены в следующей таблице.

Эта схема называется функциональной таблицей, или таблицей логики, или таблицей истинности. В ней показаны значения выходов, которые являются результатом определенных комбинаций входов. Поскольку у RS-триггера есть только два входа, существует всего четыре комбинации входов. Они соответствуют четырем строкам таблицы.

Обратите внимание на вторую строку снизу, когда значения входов S и R равны 0: выходы обозначены символами Q и , следовательно, значения выходов Q и остаются такими, какими они были до того, как значения обоих входов S и R стали равны 0. Последняя строка таблицы говорит о том, что ситуация, при которой значения входов S и R равны 1, запрещена. Это не означает, что вас могут за это арестовать, однако если в этой схеме оба входа будут 1, то оба выхода — 0, что нарушает условие, согласно которому выход Q противоположен выходу. Так что при создании схемы, в которой используется RS-триггер, избегайте ситуаций, когда входы S и R равны 1.

От себя добавлю: обычно таблицы истинности триггеров изображают с учетом предыдущего состояния Q(t − 1), соответственно, актуальное состояние на выходе триггера — Q(t). Таким образом, для RS-триггера можно составить следующую таблицу.

RS-триггер часто изображается в виде небольшого прямоугольника с двумя входами и двумя выходами, обозначенными, как показано ниже.

RS-триггер, безусловно, интересный пример схемы, которая, по всей видимости, «помнит», какой из двух входов последним был под напряжением. Тем не менее намного более полезным является то, что эта схема запоминает, был ли определенный сигнал равен 0 или 1 в конкретный момент времени.

Давайте подумаем, как должна работать такая схема, прежде чем приступить к ее конструированию. Она будет иметь два входа. Назовем один из них «Данные». Как и все цифровые сигналы, вход «Данные» может иметь значение 0 или 1. Второй вход назовем «Запомнить этот бит», что является цифровым эквивалентом призыва «Запомните эту мысль». Обычно значение сигнала «Запомнить этот бит» равно 0, в случае чего сигнал «Данные» не влияет на схему. Когда значение сигнала «Запомнить этот бит» равно 1, выход схемы совпадает со значением сигнала «Данные». Затем сигнал «Запомнить этот бит» может вернуться к значению 0, и в это время схема запоминает последнее значение сигнала «Данные». Любые дальнейшие изменения в сигнале «Данные» не влияют на схему.

Другими словами, нам нужна схема со следующей функциональной таблицей.

В первых двух случаях, когда сигнал «Запомнить этот бит» равен 1, выход Q имеет то же значение, что и вход «Данные». В остальных двух случаях, когда сигнал «Запомнить этот бит» равен 0, значение выхода Q остается прежним. Обратите внимание: в этих двух случаях, когда сигнал «Запомнить этот бит» равен 0, выход Q является тем же самым, независимо от значения входа «Данные». Эту функциональную таблицу можно упростить.

X означает «неважно». Значение входа «Данные» неважно, поскольку в случае, когда значение входа «Запомнить этот бит» равно 0, выход Q остается прежним.

Реализация сигнала «Запомнить этот бит» на основе существующего RS-триггера требует добавления на вход двух вентилей И.

Напомним, что выход вентиля И равен 1, только если оба входа равны 1. На этой диаграмме выход Q — 0, а выход — 1.

Пока сигнал «Запомнить этот бит» равен 0, сигнал S не влияет на значения выходов.

Не влияет и сигнал R.

Только в случае, когда сигнал «Запомнить этот бит» равен 1, эта схема будет работать так же, как показанный ранее обычный RS-триггер.

Схема ведет себя как обычный RS-триггер, поскольку теперь выход верхнего вентиля И совпадает с сигналом R, а выход нижнего вентиля И — с сигналом S.