Функциональные интегральные схемы и устройства накапливающего типа содержат элементы памяти, способные хранить двоичную информацию продолжительное время. Благодаря элементам памяти, роль которых обычно выполняют триггеры, состояние накапливающих ИС и устройств определяется не только конкретной комбинацией входных переменных в данный момент времени, но и состоянием устройства до подачи этой комбинации, т. е. определяется последовательностью поступления входных сигналов. Поэтому наряду с термином «устройство накапливающего типа» применяется термин «устройство последовательностного типа».
К накапливающим устройствам относятся триггеры, счетчики, регистры, запоминающие устройства, накапливающие сумматоры и др.
Их работу принято рассматривать в безразмерном дискретном времени, для чего реальное время разбивается на интервалы, которые нумеруются, начиная с некоторого момента. Каждый такой промежуток времени называют тактовым интервалом. Длительность его для характеристики работы устройства не имеет значения. Временные задержки, обусловленные переходными процессами, обычно не учитывают, однако когда частота смены тактов велика и соизмерима с быстродействием устройства, с ними приходится считаться.
Большинство накапливающих устройств являются синхронными, т. е. имеют специальные входы, на которые подаются синхронизирующие (тактовые) сигналы, являющиеся своеобразными исполнительными командами. Они определяют момент начала работы устройства, следовательно, и момент начала тактового интервала. Если устройство асинхронное, то начало тактового интервала привязывают к моменту поступления любого информационного сигнала. Работу накапливающих устройств принято описывать, связывая их состояния в двух смежных тактах.
Соответственно к обозначениям входных и выходных сигналов, действующих, в пределах такта, добавляют номер такта. Так, запись Qn=l означает, что на выводе Q в интервале действует сигнал логической единицы.
Способы описания работы накапливающих устройств подобны способам описания работы комбинационных устройств — в виде таблиц и выражений, получивших название таблиц состояний и функций переходов. Те и другие выражают связь между выходными и входными сигналами в (n+1)-м такте с учетом состояния устройства в предыдущем п-м такте. При большом числе входов и выходов полные таблицы состояний получаются громоздкими.
Поэтому на практике чаще пользуются сокращенными таблицами, в которых колонки с выходными сигналами в n-м такте исключены, а состояния в (n+1)-м такте записываются в обобщенном виде, например Qn+1 — Qn. Это означает, что выходной сигнал изменил свое значение на противоположное (0 на 1 или 1 на 0).
Как отмечалось выше, накапливающие устройства могут быть синхронными и асинхронными. Асинхронные переходят в новое состояние сразу при поступлении на входы определенной комбинации информационных сигналов. Синхронные устройства имеют вход синхронизации и переключаются только при наличии -на нем синхронизирующего сигнала. Вход синхронизации может быть статическим и динамическим. Тот и другой, в свою очередь, бывает прямым и инверсным.
Статическим входом называют вход, через который воздействие сигнала на устройство передается в течение • всего времени его существования. Причем, если во время существования синхронизирующего сигнала будут меняться сигналы на информационных входах, устройство будет реагировать на эти изменения. В этом смысле статический вход синхронизации эквивалентен входу разрешения в устройствах комбинационного типа.
Статическими входами обычно являются также входы, на которые подаются информационные сигналы.
Динамическим входом называют вход, через который воздействие на устройство передается только в момент перепада входного сигнала из 0 и 1 или, наоборот, из 1 в 0. Свойство такого входа подобно свойству дифференцирующей цепи выделять перепады напряжения.
На рисунке показаны варианты условных графических обозначений различных типов входов, а также статических выходов (ГОСТ 2.743-82). При необходимости метки выводов дополняют буквами и символами, показывающими функциональное назначение выводов. Заметим, что такими же буквами и символами обозначают выводы и на структурных схемах, если выводы прямые , и дополняют обозначения инверсной чертой, например, R, CR, если они инверсные.
Чтобы избежать путаницы в таблицах состояний накапливающих устройств, условимся приводить не двоичные переменные, как это делают некоторые авторы, а соответствующие им значения сигналов в положительной логике, т.е. под цифрой 1 будем подразумевать напряжение высокого уровня, а под 0 — низкого. Кроме того, поскольку входы и поступающие на них сигналы обычно обозначают одинаковыми буквами, для различения будем вводить в обозначениях сигналов либо тактовые индексы (например, Сn+1, Qn, либо штриховую метку (С’,J’).
Синтез накапливающих устройств основывается на составления Специальных таблиц и карт переходов и их обработки по определенным правилам. Процесс этот достаточно сложный. Необходимость в синтезе возникает только у разработчиков ИС, поэтому здесь он не описывается.
Основные параметры накапливающих устройств, характеризующих потребительские свойства, аналогичны параметрам комбинационных устройств.
