1. Двоичные шифраторы и дешифраторы

При вводе информации в электронно-вычислительную машину каждое нажатие клавиши клавиатуры преобразуется в определенную последовательность нулей и единиц, то есть в код присвоенного этой клавише значения буквы, цифры, символа или команды. Устройство, в котором производится это преобразование, называется шифратором. У него активный сигнал появляется каждый раз только на одном входе, при этом на всех выходах одновременно появляется набор единиц и нулей в параллельном коде.

Обработка информации в ЭВМ производится с использованием двоичных кодов символов, в таком же виде получается и результат ее обработки, пользователь же получает его в привычном виде – как текст (буквы, символы и десятичные цифры). При выдаче информации пользователю она испытывает обратное преобразование из кодов символов в символы (буквы, цифры, знаки). Такое преобразование выполняется в дешифраторе. В нем коды символов (набор единиц и нулей) поступают на все входы одновременно, но каждый раз активный уровень сигнала появляется только на одном выходе.

3.1.1. Разработка схемы шифратора и его работа

Двоичные шифраторы преобразуют сигнал, поступивший на один из его входов (код «один из N») в двоичные сигналы на всех его выходах (выходной двоичный код). Двоичный код, формируемый на выходе шифратора, может соответствовать двоичному номеру возбужденного входа. Но в общем случае он зависит от принятой системы кодирования подаваемых сигналов. Двоичный шифратор, имеющий N выходов, не может иметь больше 2^N входов.

Для получения шифратора необходимо иметь таблицу, описывающую его работу. На основании таблицы записываются логические выражения, которые преобразуются в нужный базис. Так как выходов у шифратора несколько, то необходимо составить столько выражений, связывающих входы с выходом, сколько у шифратора выходов, и по этим выражениям строить схему в одном устройстве. Поэтому все выражения объединяются в систему.

Работа шифратора для преобразования десятичных цифр в двоичный код 8421 задана в таблице 3.1. Каждая цифра поступает на свой вход. Входов у шифратора столько, сколько символов надо закодировать. В приведенной таблице входные переменные (десятичные цифры) обозначены Y0-Y9. В качестве входных переменных шифратора могут быть и буквы любого алфавита, слова или даже отдельные выражения (например, названия объектов). Количество выходных переменных таблицы равно количеству позиций кода количеству символов, которыми выражаются кодируемые переменные) – X1-X8.

(Работа шифратора Таблица 3.1

Десятичные числа		Двоичные коды
		X8	X4	X2	X1
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0 0 0 0 0 0 0 0 1 1	0 0 0 0 1 1 1 1 0 0	0 0 1 1 0 0 1 1 0 0	0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Из таблицы видно, что на выходе X1 единица (активный уровень сигнала) должна быть в одном из пяти случаев, когда сигнал активного уровня появится на одном из входов: ИЛИ на входе Y1, ИЛИ на входе Y3, ИЛИ на входе Y5, ИЛИ на входе Y7, ИЛИ на входе Y9, что можно выразить следующим логическим выражением:

Для остальных выходов, рассуждая так же, получим аналогичные выражения, которые вместе с первым образуют систему:

В логические выражения в виде дизъюнкции входят те входные переменные, при поступлении которых на вход устройства на данном выходе должен появиться активный логический уровень.

Для построения рассматриваемого шифратора достаточно взять четыре логических элемента ИЛИ, один из которых должен иметь пять входов (см. выражение для X₁), два – четыре входа (выражения для X2 и X4) и один логический элемент – два входа (выражение для X8). Соединив входы логических элементов в соответствии с выражениями системы, получим схему шифратора (рис. 3.1). Вход Y₀ оказался не соединенным ни с одним логическим элементом, так как из таблицы работы шифратора следует, что при поступлении на него активного сигнала на всех выходах должен быть ноль (пассивный сигнал).

Рис. 3.1 Шифратор на элементах ИЛИ.

Для проверки правильности построенной схемы шифратора достаточно подать на его входы логические сигналы (надо строго следить, чтобы активный уровень каждый раз появлялся только на одном входе, на всех же остальных должен быть пассивный уровень) и определить значения сигналов на выходах. Например, если подать уровень единицы на вход Y6, а на остальные входы подать уровень нуля, то активный уровень (единица) будет на выходах X2 и X8, пассивный уровень (ноль) окажется на выходах X1 и X8, что соответствует двоичному коду 0110 (десятичной цифре 6).

Шифратор можно построить и в базисе И-НЕ, для чего надо каждое выражение системы преобразовать по правилу де Моргана: Проинвертировав обе части каждого выражения, получим следующую систему:
Рис. 3.2 Шифратор на элементах И, НЕ.

У

Рис. 3.2 Шифратор

элемента И активный уровень ноль, который и следует подавать на вход шифратора, соответствующий значению преобразуемого символа. На остальные входы подается пассивный уровень единица. Так как на его выходах активным уровнем также будет ноль, то для получения соответствия с заданной таблицей истинности необходимо на каждый выход поставить инверторы (рис. 3.2) и на входы также следует подавать инверсные значения сигналов (либо подавать их через входные инверторы).