Информационно-управляющие технологии

ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Черноморское высшее военно-морское училище 

имени П.С. Нахимова 

А.А. БАЙЗДРЕНКО
Н.Н. БЕЗУГЛЫЙ
Е.П. ИГНАШЕВА

ИНФОРМАЦИОННО
УПРАВЛЯЮЩИЕ 

ТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

Рекомендовано экспертным советом ЧВВМУ имени

П.С. Нахимова в качестве учебного пособия по дисциплине

«Информационно-управляющие технологии» 

для курсантов училища

Москва

ИНФРА-М

2020

УДК 004(075.8)
ББК 32.97я73

Б18

Ре це нзе нт:

Е.Н. Сапожников, доктор технических наук, профессор

Байздренко А.А.

Б18
Информационно-управляющие технологии
: учебное 

пособие / А.А. Байздренко, Н.Н. Безуглый, Е.П. Игнашева. —
Москва : ИНФРА-М, 2020. — 451 с. — (Военное образование).

ISBN 978-5-16-108608-7 (online)

Рассмотрены базовые элементы и узлы цифровых устройств, 

программно-аппаратные средства современной цифровой техники, 
включая микропроцессорные системы на базе универсальных 
микропроцессов, 
микроконтроллеров 
и 
программируемых 

логических матриц; базовые принципы построения, организации 
функционирования информационно-управляющих систем.

Приведенные в приложении материалы окажут помощь 

студентам в процессе разработки курсовых работ по дисциплине.

В 
данном 
учебном 
пособии 
представлены 
основные 

материалы 
по 
дисциплине 
«Информационно-управляющие 

технологии» для курсантов ЧВВМУ имени П.С. Нахимова в 
соответствии с Федеральным государственным образовательным 
стандартом высшего
образования по специальности 26.05.04 

«Применение и эксплуатация технических систем надводных 
кораблей и подводных лодок».

УДК 004(075.8)

ББК 32.97я73

ISBN 978-5-16-108608-7 (online)
© Черноморское высшее 

военно-морское училище 
имени П.С. Нахимова, 2020

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

 

Введение 

В первой части учебного пособия по дисциплине «Информационно-управляющие технологии» (ИУТ) изложен раздел дисциплины «Теоретические основы построения цифровых устройств». В 
данном учебном пособии излагается материал второй части данной 
дисциплины, который содержит материалы лекций и включает вопросы трех следующих разделов дисциплины: 
- «Элементы и узлы цифровых устройств».
- «Программно-аппаратные средства систем обработки информации и управления». 
- «Программно-аппаратные средства корабельных информационно-управляющих систем». 
Материал пособия оказывает курсантам информационную 
поддержку в выполнении курсового проекта по дисциплине.  
В условиях современного информационного общества подготовленным специалистом может считаться только тот, кто 
- хорошо понимает важность информационных технологий,
основанных на применении компьютерной техники; 
- понимает сущность обработки информации цифровыми
устройствами, компьютерами и компьютерными сетями, знает их 
архитектуру; 

- умеет применять на практике информационные технологии
в процессе управления техническими средствами. 
Для лучшего восприятия материалов учебного пособия необходимо еще раз уяснить значение отдельных терминов, рассмотренных в первой части пособия (раздел элементы цифровых устройств 
и узлы цифровых устройств).  
Элемент цифрового устройства – это его наименьшая функциональная часть, которая выполняет простейшую функцию обработки электрических сигналов (логическую, запоминание, вспомогательную или специальную) и используется при ее логическом проектировании. Элементы цифровых устройств предназначены для 
преобразования и обработки двоичных сигналов, изменяющихся по 
закону дискретной функции, и в любой момент времени принимающих одно из двух возможных значений физической величины (электрического тока, напряжения, заряда, магнитной индукции, светового потока и др.), которые отождествляются с символами 0 и 1.  

К элементам цифровых устройств относят логические элементы (И, ИЛИ, ИНВЕРСИЯ и их комбинации, которые нередко называют «вентилями»), а также триггеры разного типа, синтезированные на основе логических элементов.  

А что же называют узлами цифровых устройств? Узел – это 
такая его функциональную часть, в которой выполняется операция 
над одним двоичным многоразрядным числом (словом, кодом).  
К узлам относятся регистры, счетчики, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры, преобразователи кодов 
и др. Эти узлы синтезированы на основе вышеназванных элементов 
цифровых узлов.  

Раздел 1. Элементы и узлы цифровых устройств 

Глава 1. ТРИГГЕРЫ 

1.1. Простые триггеры 

1.1.1. Определение триггера и его простейшая схема 

Триггер — это электронная логическая схема с положительной обратной связью, имеющая два устойчивых состояния –
единичное и нулевое, которые обозначаются соответственно 1 и 0. 
Такое устройство может сохранять своё состояние теоретически 
бесконечно долго (при наличии питания). Любой триггер является 
схемой с памятью или автоматом. Переключение триггера происходит по входному сигналу извне. 

Использование триггеров позволяет реализовывать устрой
ства оперативной памяти (то есть памяти, информация в которой 
хранится только на время вычислений). Однако это не единственная 
их область применения. Триггеры широко используются для построения цифровых устройств с памятью, такие как счётчики, преобразователи последовательного кода в параллельный, последовательные порты или цифровые линии задержки, применяемые в составе цифровых фильтров. 

Простейшая схема триггера, позволяющая запоминать дво
ичную информацию, может быть построена на двух логических инверторах, охваченных положительной обратной связью. Она приведена на рисунке 1. 

Рисунок 1– Схема простейшего триггера, 
 построенного на инверторах 

В схеме любого триггера может быть только два состояния —

на выходе Q присутствует логическая единица или на выходе Q присутствует логический ноль. Если логическая единица присутствует 
на выходе Q, то на инверсном выходе триггера будет присутствовать 
логический ноль, который после очередного инвертирования подтверждает уровень логической единицы на выходе Q. И наоборот, 
если на выходе триггера Q присутствует логический ноль, то на инверсном выходе будет присутствовать логическая единица, т. е. такой триггер устойчиво держит свое состояние. И описанная ситуация на выводах триггера будет сохраняться до тех пор, пока включено питание. 

Но вот вопрос — а как записывать в простейший триггер 

нужную нам информацию? Для этого в схеме требуются входы записи нуля и записи единицы. 

RS-триггеры

RS-триггер получил свое название по названию своих входов. 

Вход S (Set — англ. «установить») позволяет устанавливать выход Q 
в единичное состояние. (Устанавливать означает записывать логическую единицу). Для этого на него нужно подать активный уровень 
сигнала (для случая как на рисунке 2 – это 0, т. к. вход S – инверсный). Вход R (Reset — англ. «сбросить») позволяет сбрасывать 
(устанавливать) выход Q (Quit — англ. «выход») в нулевое состояние. Для этого на него нужно подать активный уровень сигнала (для 
случая как на рисунке 2 – это тоже 0, т.к. вход R – инверсный).

Для реализации RS-триггера воспользуемся логическими эле
ментами "2И-НЕ". Такая его принципиальная схема приведена на 
рисунке 2.

Рассмотрим на схеме (рис. 2) работу триггера подробнее. 

Пусть на входы R и S подаются единичные (или активный уровень, 
т. е. 0) потенциалы. Если на выходе верхнего логического элемента 
"2И-НЕ" Q на момент прихода входного сигнала (t) присутствует 
логический ноль Q(t)=0, то соответственно на выходе нижнего логического элемента "2И-НЕ" присутствует логическая единица 
Ǭ(t) = 1. Эта единица подтвердит логический ноль (0) на выходе 
триггера после окончания переходного процесса (на момент t+1), 
вызванного появлением (1) на входах R и S. То есть Q (t+1) = 0. 

Рисунок 2 – Схема RS-триггера 
на логических элементах "2И-НЕ". 
Входы R и S инверсные (активный уровень – '0')

Если на выходе верхнего логического элемента "2И-НЕ" Q 

первоначально присутствует логическая единица (1), то на выходе 
нижнего логического элемента "2И-НЕ" соответственно присутствует логический ноль (0). Этот ноль подтвердит логическую единицу 
(1) на выходе Q на момент (t+1). То есть при единичных уровнях на 
входах R и S, схема RS-триггера работает точно так же, как и схема 
триггера на инверторах.

Подадим на вход S триггера нулевой потенциал. Согласно 

таблице истинности логического элемента "2И-НЕ" на выходе Q появится единичный потенциал. Это приведёт к появлению на инверсном выходе триггера нулевого потенциала. Теперь даже если снять 
нулевой потенциал со входа S, на выходе триггера останется единичный потенциал. То есть мы записали в триггер логическую
единицу.

Точно так же можно записать в триггер и логический ноль. 

Для этого следует воспользоваться входом R. Так как активный уровень на входах триггера оказался нулевым, то эти входы — инверсные. Составим таблицу истинности RS-триггера. Входы R и S в этой 
таблице будем использовать прямые, то есть запись ноля и запись 
единицы будут осуществляться единичными потенциалами (активный уровень – 1) (табл. 1).

RS-триггер можно построить и на логических элементах 

"2ИЛИ-НЕ". Схема RS-триггера, построенного на логических элементах "2ИЛИ-НЕ", приведена на рисунке 3. Единственное отличие 
в работе этой схемы триггера будет заключаться в том, что его сброс 
и установка будет производиться единичными логическими уровнями. Эти особенности реализации схемы триггера связаны с принципами работы инверсной логики, которые рассматривались ранее.

Таблица 1– Таблица истинности RS-триггера

R
S
Q(t)
Q(t+1)
Пояснения

0
0
0
0
Режим хранения информации (триггером) R=S=0

0
0
1
1

0
1
0
1
Режим установки триггера в единичное состояние 

S=1
0
1
1
1

1
0
0
0
Режим записи нуля в триггер R=1

1
0
1
0

1
1
0
*
R=S=1 запрещенная комбинация

1
1
1
*

Рисунок 3 – Схема простейшего RS-триггера 
на логических элементах "2ИЛИ-НЕ". 
Входы R и S прямые (активный уровень '1')

Так как RS-триггер при построении его на логических элемен
тах "2И-НЕ" и "2ИЛИ-НЕ" работает одинаково, то его условнографическое изображение на принципиальных схемах тоже одинаково. Условно-графическое изображение RS-триггера на принципиальных схемах приведено на рисунке 4.

Рисунок 4 – Условно-графическое обозначение 
RS-триггера

Для измерения логических уровней на выходе триггера чаще 

всего применяются логические пробники, в качестве которых в простейшем случае можно использовать светодиод с токоограничивающим резистором. В качестве источника логического сигнала можно применить механические тумблеры.

Разобравшись с сущностью триггеров, сделаем небольшое 

обобщение.

Триггеры относятся к последовательностным цифровым 

устройствам (ПЦУ), которые характеризуются тем, что выходные 
сигналы Q(t+1) зависят не только от текущих значений входных 
сигналов, но и от последовательности значений входных сигналов, 
поступивших на входы в предшествующие моменты времени, т.е. от 
Q(t). Таким образом, они обладают памятью. 

Укрупненная структурная схема ПЦУ, куда входят триггеры 

(например, регистра), показана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Структурная схема 
последовательного цифрового 
устройства (ПЦУ)

КЦУ – комбинационное цифровое устройство, ЗУ – запоми
нающие устройство, Т1, T2 ...Тк – ячейки памяти (триггеры). 

Полезно также отметить, что входы триггера в общем случае 

разделяются на информационные и управляющие.

Информационные входы обозначаются следующим образом:

1) S – вход для установки в состояние «1»;
2) R – вход для установки в состояние «0»;
3) J – вход для установки в состояние «1» в универсальном 

триггере;

4) K – вход для установки в состоянии «0» в универсальном 

триггере;

5) Т – счётный (общий) вход;
6) D – вход для установки в состояние «1» или состояние «0».

Управляющие входы обозначаются:
- V – для разрешения приёма информации (иногда буквой Е);
- С – вход синхронизации.
Триггеры имеют 2 выхода: Q – прямой, Q – инверсный.

1.1.2. Классификация триггеров
Существует не одна классификация триггеров. Например, 

триггеры можно классифицировать так, как показано на рисунке 6. 

Рисунок 6 – Классификация триггеров

По логике работы различают RS-, D-, T-, JK-триггеры и др. 
Кроме того, используются комбинированные триггеры, в ко
торых совмещаются одновременно несколько типов логики, а также 
триггеры со сложной входной логикой (группами входов, связанных 
между собой логическими зависимостями).