Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

Триггер 1 включен так, что каждый импульс, посылаемый на управляемый им ключ, стремится переключить триггер 2 в такое же положение, в каком находится триггер 1. Точно так же устроена связь между триггерами 2 и 3, между 3 и 4 и между 4 и 5.

А вот триггер 5 соединен с триггером 1 (вернее, с ключами, управляющими входами триггера 1) таким образом, что при поступлении импульса триггер 5 стремится переключить триггер 1 в состояние, противоположное тому, в котором находится триггер 5…

Н. — Твоя система просто немыслимой сложности!

Л. — Согласен, система в самом деле довольно сложная, но очень остроумная. Первоначально все триггеры стоят на нуле. Затем на все ключи посылается импульс. Так как триггер 5 стоит на нуле, он так направляет этот импульс в ключи, управляющие триггером 1, что последний переключается в положение 1 (единица). Второй импульс, не оказывая воздействия на триггер 1, находящийся в положении 1, переключает триггер 2 в положение 1.

После пятого импульса все триггеры оказываются в положении 1. При шестом импульсе триггер 5 переключает триггер 1 на нуль. Седьмой импульс вернет на нуль триггер 2, после десятого на нуль встанет и триггер 5. Как ты видишь, система нормально считает до 10.

Н. — Очень занятно. Чередование состояний твоих пяти триггеров мне что-то напоминает, но я никак не могу вспомнить, что именно… Ах! Так ведь это похоже на обозначение различных цифр в азбуке Морзе. Там тоже используется пять знаков с постепенным увеличением числа точек: цифре 1 соответствует одна точка (точка и четыре тире), цифре 2 соответствуют две точки (две точки и три тире), а цифре 5 — пять точек. После этого увеличивается количество тире от одного, обозначающего цифру 6 (тире и четыре точки), до четырех, обозначающих цифру 9 (четыре тире и одна точка).

Л. — Признаюсь, что я никогда об этом не думал, но твое сравнение очень верное. По крайней мере, оно показывает, что ты правильно понял чередование состояний триггеров. Различных счетных декад имеется такое великое множество, что я считаю нецелесообразным даже начинать их описание. Каждая фирма желает непременно иметь свою и, к несчастью, совершенного решения до сих пор нет. Но как бы то ни было, а теперь мы располагаем прекрасными средствами считать импульсы на очень высоких частотах (я слышал даже о счетных устройствах, работающих на частотах до 200 или 300 Мгц).

Н. — Позволь мне задать тебе один вопрос — для чего нужно считать так быстро?

Л. — Быстродействующее счетное устройство может быть полезно во многих случаях. Прежде всего оно позволяет с высокой точностью измерять частоту. Для этого сигнал ровно на одну секунду подключают к счетному устройству и счетчик показывает количество периодов в секунду. Затем счетное устройство можно использовать для измерения времени. Представь себе, что на счетчик подают импульсы с частотой повторения 10 Мгц. Зная количество принятых счетчиков импульсов, можно с точностью до десятой доли микросекунды подсчитать время, разделяющее первый и последний импульсы. Таким способом, например, можно очень легко и исключительно точно измерить скорость движения пули, которая последовательно перекрывает два луча света, направленных на два фотоэлемента.

Можно сказать еще об одном виде использования счетного устройства. Предположим, что мы послали на счетчик 23 473 импульса, а затем, не сбросив его на нуль, послали еще 118 277 импульсов. Счетчик покажет число 141 750, представляющее, как ты видишь, сумму двух названных чисел. При высокой скорости счета эта весьма примитивная по устройству система позволяет быстро производить сложение больших чисел.

И, наконец, счетные устройства широко используются в ядерной физике. Как ты помнишь, счетчики частиц, в частности счетчики Гейгера — Мюллера, выдают импульсы, средний темп которых характеризует активность источника ядерного излучения.

Н. — Я предполагаю, что в этом случае нет необходимости в счетных устройствах с очень высокими характеристиками.

Л. — Ты грубо ошибаешься. Не забывай, что эти импульсы при невысоком среднем темпе (например, 1000 импульсов в 1 сек) следуют друг за другом весьма хаотично. Иначе говоря, если счетчик Гейгера — Мюллера посылает 1000 импульсов в 1 сек, то совсем не значит, что время между двумя импульсами всегда равно тысячной доле секунды: один импульс может прийти после другого как через одну стотысячную секунды, так и через 25 тысячных секунды. Следовательно, во избежание потери импульсов необходимо пользоваться электронным счетчиком, способным воспринимать как два самостоятельных сигнала импульсы, следующие один за другим с интервалом в одну стотысячную долю секунды Иначе говоря, принимая в среднем только 1000 импульсов в 1 сек, этот счетчик должен быть в состоянии считать равномерно разнесенные по времени импульсы с частотой повторения 100 кгц.

Н. — Это ужасно! Значит, вторая декада должна быть способна считать 10 000 импульсов в секунду, третья 1000 импульсов в секунду!?

Л. — Совсем нет. Если интервал между двумя импульсами может изменяться в чрезвычайно широких пределах, время, занимаемое десятью импульсами, подвержено значительно меньшим изменениям. В среднем оно равно 0,01 сек и очень редко его изменения превышают ±:50 %. Поэтому после двух декад импульсы будут идти почти равномерно.

На практике для принятия каждой сотни импульсов требуется почти одинаковое время, а именно 0,1 сек, если средний темп составляет 1000 импульсов в 1 сек Иначе говоря, только первая декада должна обладать рабочей частотой намного выше теоретически необходимой, вторая должна иметь небольшой запас по быстродействию, а третья уже считает импульсы, следующие с почти одинаковыми интервалами.

Н. — Это мне больше нравится. Поэтому после трех или четырех декад мы можем воспользоваться добрыми механическими счетчиками и с их помощью считать десятки тысяч, сотни тысяч и цифры еще более высокого ранга.

Но я хотел бы задать тебе еще один вопрос. Мне говорили о системах электронных счетчиков, на которых до включения набирается нужное число, и затем, когда счетчик дойдет до этого числа, он дает сигнал. Как устроена такая система?

Л. — Интересующая тебя система называется счетчиком до заданного числа. Сделать его очень легко: нужны обычные счетные декады с индексацией показаний нл индикаторных лампах. С помощью нескольких десятипозиционных переключателей (число переключателей равно числу декад) включают один из электродов этой лампы, показывающей единицы, на первый канал, один из электродов лампы показывающей десятки, на второй канал и т. д. Предположим, что с помощью этих коммутаторов мы подключили к соответствующим каналам цифру 7 декады единиц, цифру 2 декады десятков и цифру 4 декады сотен. Мы можем сделать электронную схему, которая даст импульс, когда напряжение на всех трех переключателях станет равно нулю, т. е. когда одновременно зажгутся цифра 7 в окошке единиц, цифра 2 в окошке десятков и цифра 4 в окошке сотен. Иначе говоря, счетчик дает сигнал только тогда, когда получит 427 импульсов. Таким образом делают счетчики до заданного числа.

А теперь, когда ты познакомился с основными принципами устройства счетчиков, мы вместе посмотрим, как эти познания используются для создания больших цифровых электронных вычислительных машин…

Н. — Сегодня ты на меня не рассчитывай. Я неправильно оценил возможности своего мозга и теперь рискую допустить просчеты, которые могут вызвать у тебя недовольство…

Беседа тринадцатая

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Электронные вычислительные машины имеют явно выраженный вкус к двоичной системе счисления, и наш молодой друг вынужден обучиться этой странной арифметической системе, признающей лишь нуль и единицу. Он быстро входит во вкус, что побуждает Любознайкина рассказать ему о логических элементах, которые манипулируют только нулями, единицами и их сочетаниями. Незнайкин без особого труда осваивает сдвигающий регистр — главный элемент электронных вычислительных машин. Однако этот пригодный для всех видов работы инструмент кажется несколько медлительным для выполнения сложений.