Устройства цифровой вычислительной техники содержат, как известно, большое число элементов и поэтому могут показаться неискушенному человеку очень сложными. Однако сложность эта относительна: основой всех подобных устройств является сравнительно небольшой набор одинаковых функциональных групп, таких как триггеры, мультивибраторы, повторители, дешифраторы, так называемые логические элементы и т.д. Чтобы упростить начертание и чтение принципиальных схем устройств цифровой техники, уже давно пользуются обобщенными символами функциональных групп, подобными обозначениям, о которых шла речь в предыдущей главе (см. структурные и функциональные схемы).

Наиболее просты и хорошо запоминаются условные графические обозначения логических элементов, которые делятся на три основных вида (по выполняемой логической операции): элементы «И», «ИЛИ» и «НЕ».

Элемент «И» может иметь два или более входов и один выход. Сигнал, соответствующий логической «1», появляется на выходе элемента только в том случае, если такие же сигналы поданы на все его входы. В условном обозначении элемента «И» (рис. 1) линии электрической связи, символизирующие входы, изображают слева, линию выхода — справа. Отличительным признаком символа элемента «И» является условный знак (символ, заменяющий союз «И» в английском языке), помещенный в левом и верхнем углу прямоугольника.

Два и более входов может иметь и элемент «ИЛИ», сигнал на выходе которого появляется при поступлении управляющего сигнала хотя бы на один из его входов. В условном обозначении этого элемента (рис. 2) вместо упомянутого знака изображают «1».

В отличие от элементов «И» и «ИЛИ» элемент «НЕ» имеет один вход (рис. 3). Сигнал на выходе этого устройства существует только при отсутствии сигнала на входе и исчезает с его появлением. Элемент «НЕ» часто называют инвертором, так как он поворачивает фазу входного сигнала на 180° . Логическое отрицание (НЕ) обозначают небольшим кружком в месте присоединения линии, символизирующей выход устройства.

Более сложной зависимостью связаны входные и выходные сигналы в логическом элементе «И-НЕ», являющемся комбинацией элементов «И», «НЕ». Здесь при отсутствии сигналов на входах или при подаче сигнала на один из них выходной сигнал есть, при наличии же сигналов одновременно на всех входах он пропадает. Условное обозначение элемента «И-НЕ» (рис. 4, а) очень похоже на символ элемента «И»: единственное отличие — кружок, символизирующий логическое отрицание на выходе. Точно так же из символа элемента «ИЛИ» получают условное обозначение элемента «ИЛИ-НЕ» (рис. 4, б), сигнал на выходе которого существует только до тех пор, пока нет управляющих сигналов на его входах.

Еще более сложно связаны входные и выходные сигналы в комбинированных логических элементах типа «И-ИЛИ», «ИЛИ-И», «И-ИЛИ-НЕ» и т.п. Условные графические обозначения этой группы устройств построены на основе прямоугольника, разделенного на два поля (рис. 5): основное (правое) и вспомогательное (левое). В вспомогательном поле напротив первого (сверху) входа помещают условный знак-метку, символизирующий первую логическую операцию, в основном — знак второй операции. Зная это, нетрудно расшифровать принцип действия например, комбинационного элемента «И-ИЛИ» изображенного на рис. 5, а. Сигнал на выходе такого элемента появляется в том случае, если управляющие сигналы поданы одновременно на оба входа одной из групп — верхней или нижней по рисунку. В элементе «ИЛИ-И» (рис. 5. б) выходной сигнал вырабатывается лишь при условии, что входные сигналы поданы одновременно на один из входов каждой группы. Условные обозначения элементов «И-ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ-И-НЕ» получают из символов только что рассмотренных элементов добавлением знака логического отрицания на выходе (для примера на рис. 5, в показан символ элемента «И-ИЛИ-НЕ»).

Очень широко в цифровой технике применяются триггеры. Это, как известно, устройства с двумя устойчивыми состояниями, одно из которых соответствует логической «1». другое — логическому «0». Переход триггера из одного состояния в другое происходит под действием управляющих сигналов.

Триггеры делятся на несинхронизируемые (асинхронные) и синхронизируемые (синхронные). Среди последних различают триггеры со статическим управлением (они воспринимают управляющий сигнал все время, пока его состояние — логический «0» или «1» — неизменно) и триггеры с динамическим управлением (воспринимают управляющий сигнал только в те промежутки времени, когда его состояние изменяется).

Наконец, по способу организации логических связей они делятся на триггеры с раздельной установкой состояний «0» и «1» (это так называемые RS-триггеры), со счетным входом (Т-триггеры), универсальные с раздельной установкой состояний «0» и «1» (JK-триггеры), триггеры с приемом информации по одному входу (D-триггеры), комбинированные триггеры (например, RST-, JKRS-триггеры) устройства со сложной логикой на входе и т.д.

Основой символов триггеров является прямоугольник, разделенный на основное и вспомогательное поля. В первом помещают букву Т (триггер), во втором — условные обозначения (метки) входов и логических операций на входе. Условный буквенный код триггеров — буква D. Вход триггера для раздельной установки в состояние «1» обозначают латинской буквой S , в состояние «0» — буквой R. Эти же входы в JК-триггере выделяют соответственно буквами J и К, а счетный вход — буквой T (если у триггера только счетный вход, букву не пишут). Вход, используемый для установки устройства как в состояние «0», так и в состояние «1», помечают латинской буквой D , вход синхронизации — буквой С.

На символе триггера различают два выхода: единичный и нулевой (его выделяют кружком в месте присоединения соответствующего вывода).

С учетом сказанного попробуем определить типы триггеров, символы которых показаны на рис. 6. Первый из них (рис. 6, а) имеет два входа с метками R и S. Следовательно, это асинхронный RS-триггер При подаче сигнала, соответствующего логической «1», на его вход R на единичном (верхнем по рисунку) выходе возникает сигнал логического «0», а на нулевом (нижнем) — сигнал логической «1». Если же такой сигнал подать на вход S, состояние триггера изменится на противоположное: на единичном выходе появится сигнал логической «1», на нулевом — логического «0». Точно также работает RS-триггер с инверсными входами (рис. 6, б), но управляется он сигналами логического «0».

Условное графическое обозначение синхронного RS-триггера со статическим управлением (рис. 6, в) отличается от рассмотренных наличием дополнительного входа С. По существу, это обычный RS-триггер с двухвходовыми элементами «И» на входах R и S. На один из входов каждого элемента подается соответствующий сигнал управления, а два других соединены вместе, и на них поступают синхронизирующие импульсы. Таким образом, перейти из одного устойчивого состояния в другое такой триггер может только в том случае, если управляющий сигнал на соответствующий вход триггера поступит одновременно с синхронизирующим. Более сложно устроен синхронный RS-триггер с динамическим управляющим входом, но его символ (рис. 6, г) отличается от показанного на рис. 6, в только обозначением входа синхронизации: на нем изображен небольшой треугольник — символ прямого динамического входа.

В условном обозначении, изображенном на рис. 6, д, нетрудно узнать асинхронный счетный триггер с динамическим входом. Из одного состояния в другое он переходит под действием каждого входного импульса, причем частота следования выходных импульсов оказывается вдвое меньше, чем входных.

Условные графические обозначения асинхронного и синхронного JK-триггеров отличаются от соответствующих символов RS-триггеров (см. рис. 6, в и г) только метками у входов. Для примера на рис. 7, а показан символ асинхронного JК-триггера с прямыми динамическими входами, а на рис. 7, б — триггера того же типа, но с прямыми статическими J- и К-входами и прямым динамическим С-входом. Наконец, на рис. 7, в изображен простейший D-триггер с прямым статическим D-входом и прямым динамическим С-входом.

В современной цифровой технике широко применяются комбинированные триггеры и триггеры со сложной входной логикой. Примеры обозначений комбинированных триггеров показаны на рис. 8. Первый из них (рис. 8, а) — RSТ-триггер с синхронизированным прямым счетным входом и асинхронными инверсными S- и R-входами, второй (рис. 8, б) — DRS-триггер с прямыми статическими D и С-входами и такими же, как и у предыдущего устройства, S- и R-входами, третий — JKRS-триггер с прямым динамическим С-входом и инверсными J-, К-, R- и S-входами.

Триггеры со сложной входной логикой имеют несколько входов одинакового назначения, связанных логикой «И» или «ИЛИ». В условных обозначениях этих устройств группы входов отделяют одну от другой либо увеличенным расстоянием между выводами (входами) соседних групп, либо делением дополнительного поля на зоны. Метку, поясняющую назначение группы входов, изображают напротив первого (сверху) входа в том случае, если входы группы связаны логикой «ИЛИ», и напротив второго, если они связаны логикой «И» (в этом случае первый вход отмечают тем же знаком, что и элементы «И»). С учетом сказанного нетрудно распознать в символе показанном на рис. 9, а, асинхронный RS-триггер, S- и R-входы которого в группах связаны с логикой «И», на рис. 9, б — такой же триггер, но с входами, связанными логикой «ИЛИ». а на рис. 9, в — JKRS-триггер с J- и К-входами, связанными логикой «И», динамическим С-входом и статическими R- и S-входами.

Триггеры являются основой более сложных устройств цифровой техники — счетчиков, представляющих собой, по существу, делители частоты. Простейший счетчик (рис. 10, а) имеет два входа («С», на который поступают входные импульсы, и «R0» который служит для установки триггеров счетчика в состояние «0») и один выход. Выходной сигнал появляется с приходом импульса, номер которого соответствует коэффициенту деления счетчика. Буквенный символ счетчика — СТ.

Двоичные счетчики (символ СТ2) имеют, как правило, несколько выходов, с которых можно снять импульсы, следующие с частотой, в 2, 4, 8, 16 и более раз меньшей, чем входные. В условном обозначении таких счетчиков выходы помечают числами 1, 2, 4, 8 и т.д., соответствующими так называемым двоичным весам. Как и триггеры, счетчики могут иметь по нескольку одинаковых входов, связанных той или иной логикой. Для примера на рис. 10, б изображен символ двоичного счетчика, С-входы которого связаны логикой «ИЛИ», а установочные входы R0 — логикой «И».

Для индикации состояния счетчиков применяют цифровые индикаторные лампы, полупроводниковые семисегментные индикаторы, индикаторы на жидких кристаллах. Однако непосредственно подавать сигналы с выхода двоичного счетчика на индикаторы нельзя, их нужно предварительно расшифровать (дешифровать). Для этой цели служат специальные устройства — дешифраторы (символ DC). Условное обозначение дешифратора (рис. 11, а) хорошо передает идею работы этого устройства: его входы обозначены теми же числами, что и выходы двоичного счетчика, а выходы — цифрами, которые соответствуют цифрам, высвечиваемым индикатором.

Обратную задачу — превращение сигналов, соответствующих числам натурального ряда, в двоичный код 1-2-4-8 решают шифраторы (символ CD) графическое обозначение которых зеркально обозначению дешифраторов (рис. 11, б).