Как это устроено? Мультиплексор, дешифратор, регистр, счетчик

Мультиплексор

Из простейших логических элементов можно строить и другие узлы. Примером такого узла может быть мультиплексор. Он же коммутатор, он же селектор. Смысл этого узла в том, чтобы организовать логическое переключение сигналов с нескольких входов на один выход. Схема простейшего четырехразрядного мультиплексора показана на рисунке.

Для того, чтобы организовать переключение сигналов с нескольких входов, нам необходимо как-то указать, на какой именно вход следует переключиться. Для этого служат адресные входы. Двоичный код на адресных входах выбирает вход, с которого будет передаваться сигнал на выход. Вы можете самостоятельно выписать на бумажке возможные значения адреса, и убедится, что для схемы приведенной на рисунке, двоичный код на адресных входах всегда будет соответствовать выбранному входу.

Принцип работы коммутатора

Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хоста-получателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порту интерфейса.

Дешифратор

Аналогичным устройством, но выполняющим обратную функцию, служит дешифратор. Он же декодер, он же демультиплексор. Он осуществляет логическую коммутацию одного входного сигнала, на разные выходы. Схема простейшего четырехразрядного дешифратора показана на рисунке. 

Выбор выхода, на который необходимо передать входной сигнал, также как и в мультиплексорах, осуществляется при помощи адресных входов, на которые подается двоичный код, соответствующий номеру выбранного выхода.

Сколько входов и выходов у дешифратора?

В стандартные типы дешифраторов входят модели на 4, 8 и 16 выходов, при этом на выходе — 2, 3 и 4 разрядов входного кода. Входы дешифраторов называют часто адресными, и на схемах нумеруют 1,2,4,8, при этом цифра соответствует весу двоичного кода.

Регистры

Если объединять в схемы не простые логические элементы, а триггеры, можно получать не менее полезные устройства. Если у группы триггеров объединить управляющие входы – получится регистр. Регистры используют для запоминания слова данных, состоящего из нескольких разрядов. Поскольку управляющие входы регистра объединены, все разряды данных запоминаются в регистре одновременно.

Если в регистре объединять не только управляющие входы, но и комбинировать входы и выходы данных, можно получать различные регистры специального назначения. Наибольшее распространение имеют двоичные счетчики и сдвиговые регистры.

Что такое регистр процессора?

Регистр процессора — поле заданной длины во внутрипроцессорной сверхбыстрой оперативной памяти (СОЗУ). Используется самим процессором, может быть как доступным, так и недоступным программно.

Внутренние регистры любого микропроцессора обязательно выполняют две служебные функции: — определяют адрес в памяти, где находится выполняемая в данный момент команда (функция счетчика команд или указателя команд ); — определяют текущий адрес стека (функция указателя стека ).

Счетчики

Если у обычного триггера инверсный выход данных соединить с его входом данных, а на управляющий вход подать периодические импульсы, то получится делитель частоты. Действительно, каждый импульс будет менять состояние триггера на противоположное. Если соединить последовательно несколько таких делителей, получится двоичный счетчик. Причем двоичный код на выходах данных такого счетчика будет соответствовать числу поступивших импульсов.

Счётчик – устройство для подсчёта числа входных импульсов.

Параметры счётчиков

• модуль счёта М – число устойчивых состояний;
• ёмкость Е – максимальное число, которое может быть записано в счётчик (Е=М-1);
• быстродействие (скорость перехода из состояния «все 1» в состояние «все 0» и наоборот).

Классификация счётчиков

1. По направлению счёта:

• суммирующие;
• вычитающие;
• реверсивные;

2. По способу построения цепи переноса:

• с последовательным переносом;
• с параллельным переносом;
• с комбинированным переносом;

3. По способу переключения триггера:

• синхронные;
• асинхронные.