Цифровые сигналы

Вся информация в ЭВМ кодируется совокупностью чисел. В свою очередь числа представ-ляются в двоичной системе счисления (используются всего две цифры: 0 и 1) и физически реали-зуются электрическим сигналами с двумя состояниями какой-либо характеристики.
Следует отметить, что в цифровых устройствах сигналы изменяются не непрерывно, а в дискретные моменты времени, обозначаемые целыми числами (t = 0, 1, … n). Временной интервал между соседними моментами дискретного времени называется тактом.
На физическом уровне сигналы представляются одним из 2-х основных способов: 1)потенциальным и 2) импульсным.
При потенциальном способе 0 соответствует низкий уровень напряжения, а 1 – высокий (положительная логика) или наоборот (отрицательная). Потенциальный сигнал характеризуется амплитудами низкого (U0) и высокого (U1) уровней напряжения.
При импульсном способе 0 и 1 соответствуют импульсы различной полярности, либо 0 соответствует отсутствие, а 1 – наличие импульса. Импульсный сигнал характеризуется амплитудой импульса Um и шириной (продолжительностью импульса по основанию) tи. Импульс также характеризуется передним и задним фронтами.

Физическое кодирование цифрового сигнала
Тактовые интервалы в ЭВМ формирует генератор тактовых импульсов (сигнал С). Изменение цифрового сигнала происходит только на границе такта.
В электронных схемах и устройствах, входящих в состав ЭВМ, применяется потенциальный способ представления информации, а для передачи информации между ЭВМ и при работе с маг-нитными носителями информации применяются импульсный способ.

Цифровые устройства

Наиболее общей моделью любой схемы, узла или устройства ЭВМ является многополюсный черный ящик с l входами и m выходами. На входы модели поступают, а на выходах появляются двоичные сигналы.

черный ящик

где xi (i = 1, 2, …, l) – входные сигналы,
yj (j = 1, 2, …, m) – выходные сигналы.
Множество значений, которые может принимать переменная xi, называют алфавитом перемен-ной xi. В современных ЭВМ алфавит входных и выходных сигналов состоит из двух букв: 0 и 1.
На входы модели поступают в каждый тактовый момент упорядоченные наборы букв, называемые словами. Множество всех допустимых наборов слов называется входным алфавитом X данной схемы. Аналогично множество всех допустимых комбинаций, образуемых выходными сигналами, называется выходным алфавитом Y.
Математические модели отражают зависимость между входными и выходными переменны-ми схемы посредством системы уравнений:
yj(t) = f{x1(t),x2(t)…,xl(t), q1(t),q2(t),,…,qs(t)} (I)
где j = 1,2,…,m, а переменные q1,q2,…,qs отражают внутренние состояния схемы.
Функции такого вида могут принимать только конечное число значений, и зависят от аргу-ментов, также принимающих конечное число значений. Такие функции называются переключа-тельными.
Булевыми функциями называются переключательные функ¬ции, которые могут принимать только два значения – 0 и 1, и аргу¬менты которых также могут принимать только одно из этих двух зна¬чений.
Если переменные yi не зависят от внутреннего состояния схе¬мы, то одинаковым наборам входных переменных соответствует один и тот же набор выходных переменных. Такие схемы на-зываются комбина¬ционными.
При этом система уравнений может быть записана в виде:
yj(t) = f{x1(t),x2(t)…,xl(t)}, где j = 1,2,…,m.(II)
Если выходные переменные yi(t) зависят не только от входных переменных, но и от внутрен-него состояния схемы, то для полного ее описания необходимо указать еще одну систему уравне-ний:
qn(t+1) = f{x1(t),x2(t)…,xl(t), q1(t),q2(t),,…,qs(t)}, (III)
где n = 1,2,…,s.
Эта система отражает зависимость внутреннего состояния схемы в (t+1) такте от ее состоя-ния и входных сигналов в такте t.
Схемы, описываемые уравнениями I и III, получили название цифровых автоматов.