Физическими аналогами символов двоичного алфавита (0 и 1) являются сигналы на входах и выходах логических элементов. Каждый такой элемент может находиться в одном из двух устойчивых состояний. Одно из этих состояний создает высокий уровень выходного напряжения, а другое - низкий. Первое обычно принимается за единицу, второе - за нуль, хотя иногда используется и обратное кодирование. Выходной сигнал логического элемента, при изменении его под воздействием соответствующего входного сигнала выглядит как на рисунке 7.1.
Рисунок 7.1.
В схемах цифровых устройств сигналы, соответствующие 0 и 1, могут изменяться не в любые, а во вполне определенные дискретные моменты времени [18-20]. Интервал времени между двумя соседними такими моментами называется тактом. Для формирования тактов цифровые устройства обычно содержат генераторы тактовых импульсов и схемы формирования, вырабатывающие сигналы, отмечающие границы тактов и называемые сигналами синхронизации. Эти сигналы необходимы для синхронизации процессов передачи информации между различными цифровыми устройствами. Реальные сигналы имеют достаточно сложный вид (рис.7.2.).
Рисунок 7.2. Реальная и идеальная характеристики
цифрового сигнала.
Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) - это сигнал, активный уровень которого - логическая единица, то есть: нуль - это отсутствие сигнала, единица - сигнал пришел.
Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) - это сигнал, активный уровень которого - логический нуль, то есть: единица - это отсутствие сигнала, нуль - сигнал пришел (рис.7.3.).
Рисунок 7.3. Элементы цифрового сигнала.
Активный уровень сигнала - это уровень, соответствующий приходу сигнала, то есть выполнению этим сигналом соответствующей ему функции.
Пассивный уровень сигнала - это уровень, в котором сигнал не выполняет никакой функции.
Инвертирование или инверсия сигнала - это изменение его полярности.
Инверсный выход - это выход, выдающий сигнал инверсной полярности по сравнению с входным сигналом.
Прямой выход - это выход, выдающий сигнал такой же полярности, какую имеет входной сигнал.
Положительный фронт сигнала - это переход сигнала из нуля в единицу.
Отрицательный фронт сигнала (спад) - это переход сигнала из единицы в нуль.
Передний фронт сигнала - это переход сигнала из пассивного уровня в активный уровень.
Задний фронт сигнала - это переход сигнала из активного уровня в пассивный уровень.
Тактовый сигнал (или строб) - управляющий сигнал, который определяет момент выполнения элементом или узлом его функции.
Шина - группа сигналов (и соответствующих физических линий передачи этих сигналов), объединенных по какому-то принципу. Например, шиной называют сигналы, соответствующие всем разрядам какого-то двоичного кода.
В цифровых устройствах применяются потенциальный или импульсный способы представления двоичной информации. При использовании потенциального способа значениям двоичной переменной соответствуют разные уровни напряжений, причем потенциальный сигнал сохраняет уровень в течение такта. При использовании импульсного способа единичное и нулевое значения двоичной переменной отображается наличием и отсутствием импульса на тактовом интервале или импульсами разной полярности.
Двоичное слово, как совокупность 0 и 1, в цифровых устройствах может представляться в последовательной или параллельной формах или кодах.
При последовательном коде для отображения каждого разряда двоичного слова отводится свой тактовый интервал. В этом случае при прохождении слова через какой-либо элемент каждый разряд слова последовательно во времени поступает на вход элемента, фиксируется им и поступает на выход элемента.
Рисунок 7.4.
При параллельном коде для отображения всех разрядов двоичного слова отводится один тактовый интервал. Следовательно, для одновременной фиксации всех разрядов слова необходимо число элементов, равное числу разрядов слова. Входы синхронизации всех элементов следует объединить для обеспечения одновременности их срабатывания (рис.7.4.).
Таким образом, при использовании последовательного кода двоичное слово разворачивается во времени, а при использовании параллельного кода - в пространстве, т.е. на аппаратуре. Использование параллельного кода обеспечивает большее быстродействие, но и требует больших аппаратурных затрат. При использовании той или иной формы представления всегда приходится разрешать противоречие между обеспечением требуемого быстродействия и допустимыми аппаратными затратами.Существует два рода соглашения: в положительной логике «логич.1» соответствует более высокий уровень напряжения, «логич.0» – более низкий; в отрицательной логике наоборот (таблица 7.1.).
