Электроника в вопросах и ответах - Хабловски И.
На практике невозможно осуществить такое условие, при котором все цифровые сигналы точно соответствуют одному из двух принятых уровней, и разрешаются некоторые допуски, так что следовало бы скорее говорить о двух интервалах, в которых находятся сигналы.

Рис. 12.2. Интерпретация уровней цифрового сигнала в положительной логике
Что такое двоичная система записи числа?
Объяснение двоичной системы проще всего провести сравнением с широко используемой в других областях десятичной системой.
Как известно, в десятичной системе для записи чисел используются десять цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Позиция (положение) каждой цифры в числе, записанном в десятичной системе, определяет ее значение, например цифра 3 в числе 235 определяет три десятка, т. е. 30, а цифра 3 в числе 2350 определяет три сотни, т. е. 300.
Для этих примеров можно записать:
235 = 2·102 + 3·101 + 5·100;
2350 = 2·103 + 3·102 + 5·101 + 0·100.
Как легко заметить, в десятичной системе каждое число записывается как последовательность коэффициентов при последовательных степенях основания этой системы.
В двоичной системе основание равно двум и имеются только две цифры 1 и 0. Последовательность цифр в двоичной записи числа представляет собой коэффициенты при соответствующих степенях двойки.
Например, имеем:
0 = 0·23 + 0·22 + 0·21 + 0·20, т. е. 0000;
1 = 0·23 + 0·22 + 0·21 + 1·20, т. е. 0001;
2 = 0·23 + 0·22 + 1·21 + 0·20, т. е. 0010;
3 = 0·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20, т. е. 0011;
4 = 0·23 + 1·22 + 0·21 + 0·20, т. е. 0100;
15 = 1·23 + 1·22 + 1·21 + 1·20, т. е. 1111;
235 = 1·27 + 1·26 + 1·25 + 0·24 + 1·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20 = (128 + 64 + 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 1), т. е. 11101011.
Что такое двоично-десятичная система счисления?
Как видно из приведенных выше примеров, двоичная запись, образованная из четырех цифр, это четырехбитовая запись. Она позволяет записать лишь числа от 0 до 15 (23 + 22 + 21 + 20 = 8 + 4 + 2 + 1), и на этом ее емкость исчерпывается. В связи с этим в цифровой технике часто пользуются и другими двоичными системами, представляющими модификацию «чистой» системы, т. е. двоичной системы, обозначаемой обычно как 8421.
Часто применяется двоично-десятичный код. Он основан на том, что каждую цифру числа, записанного в десятичной системе, записывают отдельно с помощью четырех битов. Поясним это на примере числа 235 (табл. 12.1).

Достоинством двоично-десятичной системы является упрощение замены чисел, записанных в десятичной системе, числами, записанными в двоичной системе, и наоборот.
Какие основные действия над двоичными числами?
Очевидно, что действия с двоичными числами отличны от операций, которые выполняют с числами, записанными в десятичной системе. Они очень просты и легки для запоминания.
Сложение чисел, записанных в двоичной системе, выполняется в соответствии со следующим правилом (или иначе алгоритмом):
0 + 0 = 0;
0 + 1 = 1;
1 + 0 = 1;
1 + 1 = 0 с переносом единицы на следующую позицию влево.
Последний алгоритм имеет сходство со сложением в десятичной системе, когда результат сложения больше или равен 10,
Вычитание осуществляется согласно следующему алгоритму:
0 — 0 = 0;
0 — 1 = 1 и затем со следующей позиции (похоже на ситуацию в десятичной системе);
1 — 1 = 1;
1 — 1 = 0.
Умножение чисел в двоичной системе производится очень просто. Вместо большой таблицы умножения в десятичной системе в двоичной имеем маленькую и легкую для запоминания таблицу
0·0 = 0;
1·0 = 0;
0·1 = 0;
1·1 = 1.
Деление двоичных чисел обычно заменяется умножением, и при этом используются приведенные выше алгоритмы.
Что такое логические элементы?
Логическим элементом, или функтором, называется элемент, принимающий значения 0 и 1. В нем существует определенная логическая связь между входным и выходным сигналами. Связь между сигналами определяется логической функцией. Для математического описания логической функции используется булева алгебра.
Основными логическими операциями этой алгебры являются: отрицание, логическое умножение (конъюнкция), логическое сложение (дизъюнкция). Существуют и другие логические операции.
Что такое операция логического умножения?
Обозначим через х некоторое утверждение или состояние И примем, что если х истинно, то можно записать х = 1, а если х ложно, то х = 0. Введем еще одно утверждение или состояние у и также примем, что у = 1, если у истинно, и у = 0, если у ложно.
Основой логического умножения
z = х·у,
где z — логическое произведение, причем «·» означает именно логическую операцию, а не арифметическое действие, является анализ утверждения, что х и у истинны.
Рассмотрим четыре возможных случая:
Случай 1. Примем: х = 1; у = 1. Это означает, что х истинно, у истинно. Очевидно, утверждение «х и у истинны» также является истинным, что записываем следующим образом: z = х·у = 1.
Резюмируем, для х = 1 и у = 1 z = х·у = 1.
Случай 2. Примем: х = 1; у = 0. В этом случае сделанное утверждение z = х·у ложно, т. е. z = х·у = 0.
Резюмируем: для х = 1 и у = 0 z = х·у = 0.
Случай 3. Примем: х = 0; у = 1. В этом случае утверждение z = х·у ложно, как в случае 2, и можем записать для х = 0 и у = 0 z = х·у = 0.
Случай 4. Примем: х = 0; у = 0, и тогда z = х·у = 0, Рассмотренные случаи можем cвести в табл. 12.2

Как легко заметить, приведенная таблица идентична «таблице умножения», обязательной в двоичной системе и приведенной, выше.
Как осуществить функцию логического умножения?
Функция логического умножения, называемая также конъюнкцией, реализуется логическим элементом (функтором) И, элементом типа И и осуществляется в виде схемы, которая дает на выходе единицу тогда и только тогда, когда сигналы на обоих входах логического элемента имеют значение, соответствующее единице. Это совпадает с табл. 12.2. Самым простым способом такую функцию можно реализовать с помощью схемы, состоящей из двух реле, включенных последовательно (рис. 12.3). При этом можно получить четыре случая, описанных правилами логического умножения, причем один из них вызывает появление выходного сигнала.

Похожие книги на "Электроника в вопросах и ответах", Хабловски И.
Хабловски И. читать все книги автора по порядку
Хабловски И. - все книги автора в одном месте читать по порядку полные версии на сайте онлайн библиотеки mir-knigi.info.