Триггеры cpu перечислить кратко описать

Обновлено: 05.07.2024

Электроника предполагает точное выполнение заданной программы с учетом текущего состояния всей логической схемы. За часть работы электронной цепи отвечают триггеры. Статья опишет — основные типы триггеров, их устройство и принцип работы, а так же расскажет зачем такие устройства используются в электронных схемах. Отдельно будет описан симметричный триггер.

Определение

Что такое триггер? Триггером называют электронное устройство, обладающее способностью довольно долгое время находиться в 1-ом из 2-х стабильных состояний, а так же чередовать их из-за воздействия какого-то внешнего сигнала. Триггер — это по сути простая электроника, от которой зависит работоспособность более сложных систем

Какие входы есть у триггера? Любой триггер может иметь несколько входов, которые бывают:

  1. Информационными. Они отвечают за общее состояние устройства в момент работы всей цепи.
  2. Управляющими. Отвечают за установку триггера в предварительное положение и за его дальнейшую синхронизацию.

Логическая схема триггера

В электронике используются устройства на транзисторах или микросхемах. Транзисторные модели применяются при сложных интегральных схемах старого типа. Логическая микросхема обладает меньшими габаритами, хранит информацию без перегрева и перегрузок. Поэтому их используют в более миниатюрных и сложных цепях современной электроники.

Разновидности

Для того чтобы разобраться как работает триггер, необходимо понять к какому классу и типу он относится. Существуют 2 основных класса этих устройств:

  1. Синхронные с двумя основными классами: статическими и динамическими.
  2. Асинхронные.

Обе разновидности имеют схожий принцип работы. Отличие заключается только в процессе перехода сигнала из одного состояния в другое. Асинхронные делают это напрямую, а синхронные работают исходя из этого сигнала.

Асинхронные

Асинхронный RS-триггер условно работает следующим образом:

Схема RS-триггера асинхронного типа самая простая. Она работает без синхронизации с дополнительным входом. Используется RS компонент в простых элементах или как дополнение для более сложных триггеров.

Далее будет представлена УГО, таблица истинности и общая схема такого триггера.

Асинхронный RS тригер

Синхронные

Синхронизация используется для снижения части помех. Часто RS-триггеры этого типа используют для цепей с параллельным подключением, значительно снижая помехи от элементов с высокой магнитной индуктивностью.

Графическое обозначение, таблица истинности и диаграмма устойчивых состояний устройства представлена ниже.

УГО синхронного RS триггера

Асинхронные и синхронные модели далеко не единственные, которые использует схемотехника для построения логических моделей работы. Далее будут представлены разновидности триггеров с иным принципом работы.

D-триггер

Иными словами, состояние триггера на выходе зависит от его предыдущего положения. Если предыдущее положение было в состоянии высокого напряжения, то на этот выход поступит логическая 1. Если положение было в состоянии сброса, то логический 0.

Практически все D-триггеры являются динамическими. При динамическом управлении состоянием триггера используется понятие фронта. Фронтом называют переход от 1 к 0. Подразумевается 2 вида фронта:

  1. Передний. При этом положении осуществляется переход от 0-1.
  2. Задним фронтом является переход сигнала от 1 к 0.

Существуют разновидности D устройств с дополнительным входом V. Название этого входа расшифровывается как проверочный. Работает такой элемент с неким замедлением. Оно необходимо для предварительной синхронизации сигнала, с его последующим подтверждением. При этом не играет особой роли, сколько памяти занято в устройстве. Обычные и DV-триггеры предназначены для работы в сложных устройствах с множеством ячеек. Например, в электронных счетчиках эти устройства отвечают его за актуальное значение. При его смене состояние триггера изменяет свой фронт.

Далее приведена таблица истинности и УГО фронтов.

Фронты D триггера

D-триггер

Т-триггер

Триггеры типа T на логических элементах включают в себя многие возможности ранее описанных устройств. Есть модели асинхронного и синхронного типа, динамические и с дополнительным подтверждающим входом.

Асинхронные

При получении положительного сигнала на вход, на выходе получается напряжение в 2 раза выше входного. Такой эффект возможен только при импульсном сигнале, поступающем на T вход. При этом частота поступления по временной шкале не имеет препятствий, а значит сигнал доходит гораздо быстрее. Асинхронные T устройства в состоянии логической 1 на выходе имеют противофазу инверсного выхода.

Синхронные

Эти T-триггеры подобны асинхронным. Исключение состоит в наличие тактового сигнала на входе. Также существует противофаза на инверсном выходе и появление удвоенного напряжения.

Устройство T элементов можно легко отнести к делителям импульсных сигналов. Эти элементы работают только при наличии переднего фронта. Иными словами, осуществляется переход от 0 к 1. Но разница заключается в учете временного интервала между импульсами.

Триггеры типа T часто используются в логических вычислительных процессах. Осуществляется это за счет функции увеличения или снижения напряжения:

  1. При увеличении частоты на выходе с логической 1, осуществляется запись положительного числа.
  2. При уменьшении частоты на инверсном выходе при логическом 0, осуществляется запись отрицательного числа.

При учете, сколько памяти необходимо для перехода и деления сигнала, элемент может быть дополнен входом подтверждения. Программирование с использованием T-триггера допускает использование устройства в различных электронных счетчиках без встроенной памяти. Далее дана диаграмма работы устройства.

Т-триггер

JK-триггер

Является самым универсальным электронным элементом. В этих устройствах присутствуют:

JK устройство работает по принципу перехода из одного состояния в другое, но с учетом единицы времени. Также существует разность при подаче сигнала на вход синхронизации. Иными словами, если на оба входа JK подать логическую 1, то на его выходах появится прямо противоположное значение. Но при этом устройство не воспримет наличие двух 1 единиц как ошибку.

В зависимости от назначения, в данном триггере может использоваться так называемый фронт (передний или задний). В этом случае устройство считается синхронным, а его состояние определяется актуальным положением логических чисел. При расчете рабочего состояния элемента также учитывается возможность одновременного использования устройства в качестве T или D триггера. В этом случае учитывается параметр временного интервала поступления сигнала, какое напряжение будет получено при выходе и устойчивость состояния элемента. Информатика часто использует этот элемент в качестве универсального устройства контроля состояния устойчивой работы простых логических функций. Далее дана диаграмма работы устройства.

Симметричный

Симметричный триггер относится к особому виду элементов. Он создается на транзисторах и является усилителем постоянного тока двухкаскадного типа. Работает устройство за счет использования транзисторов с полностью идентичными параметрами.

Принцип работы следующий:

  1. При подаче напряжения на устройство, транзистор VT1 считается открытым. Напряжение его коллектора равняется 0.
  2. В этот момент транзистор VT2 закрыт. Его коллектор имеет положительное напряжение.
  3. Для осуществления перехода из одного состояния в другое используется импульс напряжение. Этот импульс создается конденсатором.
  4. При появлении импульса транзисторы меняют свое состояние.

При смене положения транзисторов создается перепад напряжения, и оно значительно снижается.

В схемах симметричных триггеров основным элементом является система запуска. Она может отличаться по способу управления и месту, с которого поступил пусковой импульс.

  1. Раздельное управление. Предполагает подачу напряжения на определенный вход триггера. При таком управлении элемент считается RS-триггером.
  2. Общее или счетное управление. Напряжение подается на общий входной контакт. При таком подключении, устройство схоже по параметрам с Т-триггером.

Место поступления импульса может быть от коллектора или базы транзистора. При таких схемах подключения существует вероятность появления ложного или вторичного сигнала. Он отсекается путем подключения диода.

Cхема пуска JK-триггера

Основным недостатком симметричных элементов является полная зависимость от времени поступления импульсного сигнала и его длительности. Если длительность недостаточная, импульс не успеет открыть транзистор, а значит не произойдет закрытие второго транзистора.

Такие устройства используются в устройствах учета импульсов, генераторах частоты, переключателях радиоэлектронных цепей.

Заключение

С триггерами в жизни мы сталкиваемся довольно часто, ведь они широко используются в различных сферах. В данной статье было приведено описание и области использования различных разновидностей данного устройства. При ремонте электронного оборудования важно знать: для чего нужен этот элемент, где он используется и по какому принципу работают такие устройства.

Логические триггеры что это?

Васильев Дмитрий Петрович

Триггеры классифицируют по различным признакам, поэтому существует достаточно большое число классификаций. К сожалению, эти классификации не образуют стройной системы, но инженеру необходимо их знать.

Классификация триггеров

  • по способу приема информации;
  • по принципу построения;
  • по функциональным возможностям.

Асинхронный триггер

Асинхронный триггер — изменяет свое состояние непосредственно в момент появления соответствующего информационного сигнала.

Васильев Дмитрий Петрович

Синхронные триггеры

Синхронные триггеры в свою очередь подразделяют на триггеры со статическим (статические) и динамическим (динамические) управлением по входу синхронизации C. Статические триггеры воспринимают информационные сигналы при подаче на вход C логической единицы (прямой вход) или логического нуля (инверсный вход).

Динамические триггеры воспринимают информационные сигналы при изменении (перепаде) сигнала на входе C от 0 к 1 (прямой динамический С-вход) или от 1 к 0 (инверсный динамический С-вход).

Статические триггеры

Статические триггеры в свою очередь подразделяют на одноступенчатые (однотактные) и двухступенчатые (двухтактные). 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 через ТТ.

Различие триггеров по функциональным возможностям

  • с раздельной установкой состояния 0 и 1 (RS-триггеры);
  • универсальные (JK-триггеры);
  • с приемом информации по одному входу D (D-триггеры, или триггеры задержки);
  • со счетным входом Т (Т-триггеры).

Обозначение входов триггеров

Рассмотрим некоторые типы триггеров и их реализацию на логических элементах.

Асинхронный RS-триггер

Обратимся к асинхронному RS-триггеру, имеющему условное графическое обозначение, приведенное на рис. 3.54.


рис. 3.54

Триггер имеет два информационных входа: S (от англ. set) и R (от англ. reset).

Закон функционирования триггеров удобно описывать таблицей переходов, которую иногда также называют таблицей истинности (рис. 3.55). Через S’, R’, Q’ обозначены соответствующие логические сигналы, имеющие место в некоторый момент времени t, а через Q t + 1 — выходной сигнал в следующий момент времени t+1.

рис. 3.55

Комбинацию входных сигналов S’ = l, R’ =1 часто называют запрещенной, так как после нее триггер оказывается в состоянии (1 или 0), предсказать которое заранее невозможно. Подобных ситуаций нужно избегать.

рис. 3.56

Рассматриваемый триггер может быть реализован на двух элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3.56).

Необходимо убедиться, что эта схема функционирует в полном соответствии с приведенной выше таблицей переходов.

рис. 3.57

Микросхема К564ТР2 содержит 4 асинхронных RS-триггера и один управляющий вход (рис. 3.57).

Абрамян Евгений Павлович

Синхронный RS-триггер

Рассмотрим синхронный RS-триггер (рис. 3.59).

рис. 3.59

Васильев Дмитрий Петрович

Если же на вход синхронизации С подана логическая единица, то схема реагирует на входные сигналы точно так же, как и рассмотренная ранее (рис. 3.56).

Триггер типа MS

рис. 3.62

t

Обратимся к динамическим триггерам. Для них характерно блокирование информационных входов в тот момент, когда полученная информация передается на выход. Нужно отметить, что в отношении реакции на входные сигналы динамический триггер, срабатывающий при изменении сигнала на входе С от 1 к 0, подобен рассмотренному двухступенчатому триггеру, хотя они отличаются внутренним устройством.

рис. 3.63

Для прямого динамического С-входа используют обозначения, приведенные на рис. 3.63, а, а для инверсного динамического С-входа, используют обозначения, приведенные на рис. 3.63, б.

D-триггер

рис. 3.64

Рассмотрим D-триггер (от англ. delay), повторяющий на своем выходе состояние входа. Рассуждая чисто теоретически, D-триггер можно образовать из любых RS- или JK-триггеров, если на их входы одновременно подавать взаимно инверсные сигналы (рис. 3.64).

Абрамян Евгений Павлович

Хранение информации в D-триггерах обеспечивается за счет синхронизации, поэтому все реальные D-триггеры имеют два входа: информационный D и синхронизации С. В этом триггере сигнал на входе по сигналу синхронизации записывается и передается на выход. Так как информация на выходе остается неизменной до прихода очередного импульса синхронизации, D-триггер называют также триггером с запоминанием информации или триггером-защелкой.

рис. 3.65

Условное графическое обозначение D-триггера приведено на рис. 3.65.

Т-триггер

рис. 3.66

Рассмотрим Т-триггер, который изменяет свое логическое состояние на противоположное по каждому активному сигналу на информационном входе Т. Условное графическое обозначение двухступенчатого Т-триггера приведено на рис. 3.66.

Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.

Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.

Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.

Два основных компонента процессора

Устройство управления

Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.

Существует два типа реализации УУ:

  • УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
  • УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.

УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.

Арифметико-логическое устройство

Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.

Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.

Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).

Схема арифметического полусумматора

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

  • RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
  • JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
  • T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
  • D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Команды (инструкции)

Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять. Они бывают нескольких типов:

  • Арифметические: сложение, вычитание, умножение и т. д.
  • Логические: И (логическое умножение/конъюнкция), ИЛИ (логическое суммирование/дизъюнкция), отрицание и т. д.
  • Информационные: move , input , outptut , load и store .
  • Команды перехода: goto , if . goto , call и return .
  • Команда останова: halt .

Прим. перев. На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы на основе всего двух: сложение и сдвиг. Однако чем больше базовых операций поддерживает АЛУ, тем оно быстрее.

Инструкции предоставляются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором высокоуровневых языков.

В процессоре инструкции реализуются на аппаратном уровне. За один такт одноядерный процессор может выполнить одну элементарную (базовую) инструкцию.

Группу инструкций принято называть набором команд (англ. instruction set).

Тактирование процессора

Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота — количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду.

Частота нынешних процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцы). 1 ГГц = 10⁹ Гц — миллиард операций в секунду.

Чтобы уменьшить время выполнения программы, нужно либо оптимизировать (уменьшить) её, либо увеличить тактовую частоту. У части процессоров есть возможность увеличить частоту (разогнать процессор), однако такие действия физически влияют на процессор и нередко вызывают перегрев и выход из строя.

Выполнение инструкций

Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.

Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:

  1. LOAD_A 8 . Это команда сохраняет в ОЗУ данные, скажем, . Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры инструкций УУ. Команда декодируется в инструкцию load_A — поместить данные 1000 (последние 4 бита команды) в регистр A .
  2. LOAD_B 2 . Ситуация, аналогичная прошлой. Здесь помещается число 2 ( 0010 ) в регистр B .
  3. ADD B A . Команда суммирует два числа (точнее прибавляет значение регистра B в регистр A ). УУ сообщает АЛУ, что нужно выполнить операцию суммирования и поместить результат обратно в регистр A .
  4. STORE_A 23 . Сохраняем значение регистра A в ячейку памяти с адресом 23 .

Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.

Все данные между процессором, регистрами, памятью и I/O-устройствами (устройствами ввода-вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить в память только что обработанные данные, процессор помещает адрес в шину адреса и данные в шину данных. Потом нужно дать разрешение на запись на шине управления.

У процессора есть механизм сохранения инструкций в кэш. Как мы выяснили ранее, за секунду процессор может выполнить миллиарды инструкций. Поэтому если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, то её изъятие оттуда занимало бы больше времени, чем её обработка. Поэтому для ускорения работы процессор хранит часть инструкций и данных в кэше.

Если данные в кэше и памяти не совпадают, то они помечаются грязными битами (англ. dirty bit).

Поток инструкций

Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.

Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.

Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.

Триггером называется ПЦУ, имеющее два устойчивых состояния, в которое переводится входными сигналами, выдавая при этом выходные сигналы.


Рисунок 3 – Логические схемы элементов памяти с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)


Чтобы управлять элементом памяти, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращая инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы. Эти сигналы показаны на рисунке 3 штриховыми линиями. Буквой S латинского алфавита (от Set) обозначен сигнал установки в единичное состояние, а буквой R (от Reset) – сигнал установки в нулевое состояние. Состояние триггера считывается по значению сигнала на прямом выходе Q, при этом на инверсном выходе должен быть инверсный сигнал. Для элемента памяти на элементах ИЛИ-НЕ активным уровнем сигнала является единичный, поскольку только он переводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для элемента памяти на элементах И-НЕ активным уровнем является нулевой, однозначно задающий единичное состояние элемента независимо от сигналов на других входах. Одновременная подача активных уровней сигналов установки S и сброса R запрещена, так как приводит к неопределенному состоянию триггера ( или 1).

Триггеры классифицируются по следующим признакам (рисунок 4).


Рисунок 4 – Классификация триггеров

По логике работыразличают RS-, D-, T-, JK-триггеры и др. Кроме того используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, а также триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).

RS-триггер имеет два входа – установки в единичное состояние (S) и установки в нулевое состояние (R).

D-триггер (от Delay – задержка) имеет один информационный вход D. Его состояние повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом.

T-триггер (от Toggle – переключатель) изменяет свое состояние каждый раз при поступлении входного сигнала. Такой триггер имеет один информационный вход T, называемый счетным входом.

JK-триггер универсален, имеет входы установки J (от Jerk – внезапное включение) и сброса K (от Kill – внезапное отключение), подобные входам RS-триггера. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J=K=1). В этом режиме работает как счетный T-триггер относительно третьего тактового входа.

В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, RST-триггер является T-триггером, имеющим также входы установки и сброса.

Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов J1J2J3 и K1K2K3, соединенными операцией конъюнкции: J=J1 J2 J3, K=K1 K2 K3.

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры.

В асинхронных триггерах переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. В синхронных триггерах, имеющих специальный вход синхронизации C (от англ. Clock – часы, синхронизация), переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов.

По способу восприятия тактовых сигналов синхронные триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в предыдущем состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала на его фронте или спаде. А остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые уровнем, называют также триггерами со статическим управлением, а управляемыефронтом – c динамическим управлением.




Динамический вход синхронизации C может быть прямым или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключениятриггеры делятсяна одноступенчатые и двухступенчатые. В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатый триггер состоит из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.

В таблице 2 показаны условные графические обозначения (УГО) различных типов входов синхронизации C в синхронных триггерах, а также временные диаграммы процессов переключения.

Таблица 2 – Условное графическое обозначение входов синхронизации С и временные диаграммы процессов переключения

Тип входа С Условное графическое обозначение Временные диаграммы процессов управления
Прямой статический

Инверсный статический

Прямой динамический

Инверсный динамический

Инверсный статический

С тактированием триггера связаны два важных параметра – время предустановки tsu (от англ. set-up time) и время выдержки tH (от англ. hold time). Эти параметры свойственны не только триггерам, но и другим устройствам. Время tsu – это интервал до поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Время выдержки tн – это время после поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Соблюдение времен предустановки и выдержки обеспечивает правильное восприятие триггером входной информации.


Рисунок 5 – Определение параметров предустановки и выдержки для синхронных триггеров

Ряд других временных параметров триггеров непосредственно связан с задержкой сигнала при прохождении через триггер и не требует специальных пояснений.

Триггером называется ПЦУ, имеющее два устойчивых состояния, в которое переводится входными сигналами, выдавая при этом выходные сигналы.


Рисунок 3 – Логические схемы элементов памяти с входами управления на элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)


Чтобы управлять элементом памяти, нужно иметь в логических элементах дополнительные входы, превращая инверторы в элементы И-НЕ либо ИЛИ-НЕ. На входы управления поступают внешние установочные сигналы. Эти сигналы показаны на рисунке 3 штриховыми линиями. Буквой S латинского алфавита (от Set) обозначен сигнал установки в единичное состояние, а буквой R (от Reset) – сигнал установки в нулевое состояние. Состояние триггера считывается по значению сигнала на прямом выходе Q, при этом на инверсном выходе должен быть инверсный сигнал. Для элемента памяти на элементах ИЛИ-НЕ активным уровнем сигнала является единичный, поскольку только он переводит логический элемент в нулевое состояние независимо от сигналов на других входах элемента. Для элемента памяти на элементах И-НЕ активным уровнем является нулевой, однозначно задающий единичное состояние элемента независимо от сигналов на других входах. Одновременная подача активных уровней сигналов установки S и сброса R запрещена, так как приводит к неопределенному состоянию триггера ( или 1).

Триггеры классифицируются по следующим признакам (рисунок 4).


Рисунок 4 – Классификация триггеров

По логике работыразличают RS-, D-, T-, JK-триггеры и др. Кроме того используются комбинированные триггеры, в которых совмещаются одновременно несколько типов, а также триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных между собой логическими зависимостями).

RS-триггер имеет два входа – установки в единичное состояние (S) и установки в нулевое состояние (R).

D-триггер (от Delay – задержка) имеет один информационный вход D. Его состояние повторяет входной сигнал, но с задержкой, определяемой тактовым сигналом.

T-триггер (от Toggle – переключатель) изменяет свое состояние каждый раз при поступлении входного сигнала. Такой триггер имеет один информационный вход T, называемый счетным входом.

JK-триггер универсален, имеет входы установки J (от Jerk – внезапное включение) и сброса K (от Kill – внезапное отключение), подобные входам RS-триггера. В отличие от последнего, допускает ситуацию с одновременной подачей сигналов на оба эти входа (J=K=1). В этом режиме работает как счетный T-триггер относительно третьего тактового входа.

В комбинированных триггерах совмещаются несколько режимов. Например, RST-триггер является T-триггером, имеющим также входы установки и сброса.

Примером триггера со сложной входной логикой служит JK-триггер с группами входов J1J2J3 и K1K2K3, соединенными операцией конъюнкции: J=J1 J2 J3, K=K1 K2 K3.

По способу записи информации различают асинхронные (нетактируемые) и синхронные (тактируемые) триггеры.

В асинхронных триггерах переход в новое состояние вызывается непосредственно изменением входных информационных сигналов. В синхронных триггерах, имеющих специальный вход синхронизации C (от англ. Clock – часы, синхронизация), переход происходит только при подаче на этот вход тактовых сигналов.

По способу восприятия тактовых сигналов синхронные триггеры делятся на управляемые уровнем и управляемые фронтом. Управление уровнем означает, что при одном уровне тактового сигнала триггер воспринимает входные сигналы и реагирует на них, а при другом не воспринимает и остается в предыдущем состоянии. При управлении фронтом разрешение на переключение дается только в момент перепада тактового сигнала на его фронте или спаде. А остальное время независимо от уровня тактового сигнала триггер не воспринимает входные сигналы и остается в неизменном состоянии. Триггеры, управляемые уровнем, называют также триггерами со статическим управлением, а управляемыефронтом – c динамическим управлением.

Динамический вход синхронизации C может быть прямым или инверсным. Прямое динамическое управление означает разрешение на переключение при изменении тактового сигнала с нулевого значения на единичное, инверсное – при изменении тактового сигнала с единичного значения на нулевое.

По характеру процесса переключениятриггеры делятсяна одноступенчатые и двухступенчатые. В одноступенчатом триггере переключение в новое состояние происходит сразу, в двухступенчатом – по этапам. Двухступенчатый триггер состоит из входной и выходной ступеней. Переход в новое состояние происходит в обеих ступенях поочередно. Один из уровней тактового сигнала разрешает прием информации во входную ступень при неизменном состоянии выходной ступени. Другой уровень тактового сигнала разрешает передачу нового состояния из входной ступени в выходную.

В таблице 2 показаны условные графические обозначения (УГО) различных типов входов синхронизации C в синхронных триггерах, а также временные диаграммы процессов переключения.

Таблица 2 – Условное графическое обозначение входов синхронизации С и временные диаграммы процессов переключения

Тип входа С Условное графическое обозначение Временные диаграммы процессов управления
Прямой статический

Инверсный статический

Прямой динамический

Инверсный динамический

Инверсный статический

С тактированием триггера связаны два важных параметра – время предустановки tsu (от англ. set-up time) и время выдержки tH (от англ. hold time). Эти параметры свойственны не только триггерам, но и другим устройствам. Время tsu – это интервал до поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Время выдержки tн – это время после поступления синхросигнала, в течение которого информационный сигнал должен оставаться неизменным. Соблюдение времен предустановки и выдержки обеспечивает правильное восприятие триггером входной информации.


Рисунок 5 – Определение параметров предустановки и выдержки для синхронных триггеров

Ряд других временных параметров триггеров непосредственно связан с задержкой сигнала при прохождении через триггер и не требует специальных пояснений.

Читайте также: