что такое триггер в информатике простыми словами
Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы
Триггер – элемент цифровой техники, бистабильное устройство, которое переключается в одно из состояний и может находиться в нем бесконечно долго даже при снятии внешних сигналов. Он строится из логических элементов первого уровня (И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т.д.) и относится к логическим устройствам второго уровня.
На практике триггеры выпускаются в виде микросхем в отдельном корпусе или входят в качестве элементов в состав больших интегральных схем (БИС) или программируемых логических матриц (ПЛМ).
Классификация и типы синхронизации триггеров
Триггеры делятся на два больших класса:
Принципиальное различие между ними в том, что у первой категории устройств уровень выходного сигнала меняется одновременно с изменением сигнала на входе (входах). У синхронных триггеров изменение состояния происходит только при наличии сихронизирующего (тактового, стробирующего) сигнала на предусмотренном для этого входе. Для этого предусмотрен специальный вывод, обозначаемый буквой С (clock). По виду стробирования синхронные элементы делятся на два класса:
У первого типа уровень выхода меняется в зависимости от конфигурации входных сигналов в момент появления фронта (переднего края) или спада тактового импульса (зависит от конкретного вида триггера). Между появлением синхронизирующих фронтов (спадов) на входы можно подавать любые сигналы, состояние триггера не изменится. У второго варианта признаком тактирования является не изменение уровня, а наличие единицы или нуля на входе Clock. Также существуют сложные триггерные устройства, классифицируемые по:
Сложные элементы имеет ограниченное применение в специфических устройствах.
Типы триггеров и принцип их работы
Существует несколько основных типов триггеров. Перед тем, как разобраться в различиях, следует отметить общее свойство: при подаче питания выход любого устройства устанавливается в произвольное состояние. Если это критично для общей работы схемы, надо предусматривать цепи предустановки. В простейшем случае это RC-цепочка, которая формирует сигнал установки начального состояния.
RS-триггеры
Самый распространенный тип асинхронного бистабильного устройства – RS-триггер. Он относится к триггерам с раздельной установкой состояния 0 и 1. Для этого имеется два входа:
Имеется прямой выход Q, также может быть инверсный выход Q1. Логический уровень на нём всегда противоположен уровню на Q – это бывает удобно при разработке схем.
При подаче положительного уровня на вход S на выходе Q установится логическая единица (если есть инверсный выход, он перейдет на уровень 0). После этого на входе установки сигнал может меняться как угодно – на выходной уровень это не повлияет. До тех пор, пока единица не появится на входе R. Это установит триггер в состояние 0 (1 на инверсном выводе). Теперь изменение сигнала на входе сброса никак не повлияет на дальнейшее состояние элемента.
Важно! Вариант, когда на обоих входах присутствует логическая единица, является запретным. Триггер установится в произвольное состояние. При разработке схем такой ситуации надо избегать.
RS-триггер можно построить на основе широко распространенных двухвходовых элементов И-НЕ. Такой способ реализуем как на обычных микросхемах, так и внутри программируемых матриц.
Один или оба входа могут быть инверсными. Это означает, что по этим выводам триггер управляется появлением не высокого, а низкого уровня.
Если построить RS-триггер на двухвходовых элементах И-НЕ, то оба входа будут инверсными – управляться подачей логического нуля.
Существует стробируемый вариант RS-триггера. У него имеется дополнительный вход С. Переключение происходит при выполнении двух условий:
Такой элемент применяют в случаях, когда переключение надо задержать, например, на время окончания переходных процессов.
D-триггеры
D-триггер («прозрачный триггер», «защелка», latch) относится к категории синхронных устройств, тактируемых по входу С. Также имеется вход для данных D (Data). По функциональным возможностям устройство относится к триггерам с приёмом информации по одному входу.
Пока на входе для синхронизации присутствует логическая единица, сигнал на выходе Q повторяет сигнал на входе данных (режим прозрачности). Как только уровень строба перейдет в состояние 0, на выходе Q уровень останется тем же, что был в момент перепада (защелкнется). Так можно зафиксировать входной уровень на входе в любой момент времени. Также существуют D-триггеры с тактированием по фронту. Они защёлкивают сигнал по положительному перепаду строба.
На практике в одной микросхеме могут объединять два типа бистабильных устройств. Например, D и RS-триггер. В этом случае входы Set/Reset являются приоритетными. Если на них присутствует логический ноль, то элемент ведёт себя как обычный D-триггер. При появлении хотя бы на одном входе высокого уровня, выход устанавливается в 0 или 1 независимо от сигналов на входах С и D.
Прозрачность D-триггера не всегда является полезным свойством. Чтобы её избежать, применяются двойные элементы (flip-flop, «хлопающий» триггер), они обозначаются литерами TT. Первым триггером служит обычная защёлка, пропускающая входной сигнал на выход. Второй триггер служит элементом памяти. Тактируются оба устройства одним стробом.
T-триггеры
T-триггер относится к классу счётных бистабильных элементов. Логика его работы проста – он изменяет своё состояние каждый раз, когда на его вход приходит очередная логическая единица. Если на вход подать импульсный сигнал, выходная частота будет в два раза выше входной. На инверсном выходе сигнал будет противофазен прямому.
Так работает асинхронный Т-триггер. Также существует синхронный вариант. При подаче импульсного сигнала на тактирующий вход и при наличии логической единицы на выводе T, элемент ведёт себя так же, как и асинхронный – делит входную частоту пополам. Если на выводе Т логический ноль, то выход Q устанавливается в низкий уровень независимо от наличия стробов.
JK-триггеры
JK-триггерыЭтот бистабильный элемент относится к категории универсальных. Он может управляться раздельно по входам. Логика работы JK-триггера похожа на работу RS-элемента. Для установки выхода в единицу используется вход J (Job). Появление высокого уровня на выводе K (Keep) сбрасывает выход в ноль. Принципиальным отличием от RS-триггера является то, что одновременное появление единиц на двух управляющих входах не является запретным. В этом случае выход элемента меняет свое состояние на противоположное.
Если выходы Job и Keep соединить, то JK-триггер превращается в асинхронный счётный Т-триггер. Когда на объединённый вход подаётся меандр, на выходе будет в два раза меньшая частота. Как и у RS-элемента, существует тактируемый вариант JK-триггера. На практике применяются, в основном, именно стробируемые элементы такого типа.
Практическое использование
Свойство триггеров сохранять записанную информацию даже при снятии внешних сигналов позволяет применять их в качестве ячеек памяти ёмкостью в 1 бит. Из единичных элементов можно построить матрицу для запоминания двоичных состояний – по такому принципу строятся статические оперативные запоминающие устройства (SRAM). Особенностью такой памяти является простая схемотехника, не требующая дополнительных контроллеров. Поэтому такие SRAM применяются в контроллерах и ПЛМ. Но невысокая плотность записи препятствует использованию таких матриц в ПК и других мощных вычислительных системах.
Выше упоминалось использование триггеров в качестве делителей частоты. Бистабильные элементы можно соединять в цепочки и получать различные коэффициенты деления. Та же цепочка может быть использована в качестве счетчика импульсов. Для этого надо считывать с промежуточных элементов состояние выходов в каждый момент времени – получится двоичный код, соответствующий количеству пришедших на вход первого элемента импульсов.
В зависимости от типа примененных триггеров, счетчики могут быть синхронными и асинхронными. По такому же принципу строятся преобразователи последовательного кода в параллельный, но здесь используются только стробируемые элементы. Также на триггерах строятся цифровые линии задержки и другие элементы двоичной техники.
RS-триггеры используются в качестве фиксаторов уровня (подавителей дребезга контактов). Если в качестве источников логического уровня применяются механические коммутаторы (кнопки, переключатели), то при нажатии эффект дребезга сформирует множество сигналов место одного. RS-триггер с этим успешно борется.
Область применения бистабильных устройств широка. Круг решаемых с их помощью задач во многом зависит от фантазии конструктора, особенно в сфере нетиповых решений.
Что такое компаратор напряжения и для чего он нужен
Режимы работы, описание характеристик и назначение выводов микросхемы NE555
Что такое операционный усилитель?
Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность
Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения
Что такое аттенюатор, принцип его работы и где применяется
Триггер (базы данных)
Более простое определение триггера звучит так следующим образом.
Триггер — это хранимая процедура, которая не вызывается непосредственно, а исполняется при наступлении определенного события ( вставка, удаление, обновление строки ).
Триггеры применяются для обеспечения целостности данных и реализации сложной бизнес-логики. Триггер запускается сервером автоматически при попытке изменения данных в таблице, с которой он связан. Все производимые им модификации данных рассматриваются как выполняемые в транзакции, в которой выполнено действие, вызвавшее срабатывание триггера. Соответственно, в случае обнаружения ошибки или нарушения целостности данных может произойти откат этой транзакции.
Момент запуска триггера определяется с помощью ключевых слов BEFORE (триггер запускается до выполнения связанного с ним события; например, до добавления записи) или AFTER (после события). В случае, если триггер вызывается до события, он может внести изменения в модифицируемую событием запись (конечно, при условии, что событие — не удаление записи). Некоторые СУБД накладывают ограничения на операторы, которые могут быть использованы в триггере (например, может быть запрещено вносить изменения в таблицу, на которой «висит» триггер, и т. п.)
Кроме того, триггеры могут быть привязаны не к таблице, а к представлению (VIEW). В этом случае с их помощью реализуется механизм «обновляемого представления». В этом случае ключевые слова BEFORE и AFTER влияют лишь на последовательность вызова триггеров, так как собственно событие (удаление, вставка или обновление) не происходит.
В некоторых серверах триггеры могут вызываться не для каждой модифицируемой записи, а один раз на изменение таблицы. Такие триггеры называются табличными.
Содержание
SQL синтаксис определения триггеров
Полный синтаксис выглядит так:
Естественно, в языке имеется и конструкция, отменяющая определение триггера:
DROP TRIGGER trigger_name. (Конструкция ALTER TRIGGER в языке SQL не поддерживается.)
Синтаксические правила допускают несколько разновидностей определения триггера. Кратко обсудим эти разновидности.
Триггеры BEFORE и AFTER
Триггеры INSERT, UPDATE и DELETE
Заметим, что в стандарте SQL:1999 отсутствует возможность определения триггеров, для которых событием было бы выполнение операции выборки из предметной таблицы. Разработчики стандарта сочли, что область применения триггеров такого рода чересчур узка (трудно придумать какое-либо применение, кроме как для журнализации и аудита).
Триггеры ROW и STATEMENT
Раздел WHEN
Тело триггера
Простой синтаксис создания триггера
Примеры
В этом случае для отличия табличных триггеров от строчных вводится дополнительные ключевые слова при описании строчных триггеров. В Oracle это словосочетание FOR EACH ROW.
Подробнее о триггерах
История появления триггеров
Термин триггер в контексте реляционных баз данных был введен в обиход участниками проекта System R. В терминологии этого проекта триггером называлась хранимая в базе данных процедура, автоматически вызываемая СУБД при возникновении соответствующих условий. При определении триггера указывались два условия его применимости – общее условие (имя отношения и тип операции манипулирования данными) и конкретное условие (логическое выражение, построенное по правилам, близким к правилам ограничений целостности), а также действие, которое должно быть выполнено над БД при наличии условий применимости.
Конечно, термин триггер в данном контексте является жаргонным. Но, с другой стороны, он достаточно точно соответствует ситуации: для применения процедуры должны быть произведены «возбуждающие» ее действия. Как отмечалось в лекции 15, после завершения проекта System R на протяжении более десяти лет триггеры не поддерживались ни в одной коммерческой SQL-ориентированной СУБД. Но затем практически во всех ведущих СУБД механизм триггеров в том или ином виде был реализован.
В стандарте же языка SQL спецификации триггеров отсутствовали до принятия стандарта SQL:1999. По словам главного редактора стандартов SQL/92 и SQL:1999 Джима Мелтона, эта спецификация была уже полностью готова к моменту принятия SQL/92 и не вошла в текст стандарта только по причине ограниченности его объема. Однако, как мне кажется, этому препятствовали и расхождения в подходах, существовавшие между основными компаниями-производителями СУБД.
Заметим, что альтернативным термином по отношению к базам данных, содержащим триггерные процедуры, является термин активная база данных. Наверное, этот термин более точен, поскольку действительно речь идет о базах данных, содержащих процедуры, которые автоматически вызываются при срабатывании связанных с ними правил. Однако в обиходе пользователей SQL-ориентированных СУБД по-прежнему более распространен термин триггер.
Понятие триггера в SQL:1999
Триггерымогут срабатывать после и до реального выполнения инициирующего оператора SQL. В теле триггера допускается доступ к значениям вставляемых, модифицируемых и удаляемых строк. В случае операции модификации возможен доступ к значениям строк до модификации и к значениям после модификации. В соответствии со стандартом SQL:1999 любой триггер ассоциируется только с одной базовой таблицей. Не допускается определение триггеров над представлениями.
Можно придумать различные способы полезного применения механизма триггеров, но принято считать, что основными областями использования этого механизма являются следующие.
На практике при определении триггеров в качестве SQL_procedure_statement чаще всего используются операторы SQL обновления базы данных. Иногда (и мы покажем это на примере) для корректного определения функциональности триггера одного оператора не хватает, а в SQL отсутствует возможность определения составных операторов. Поэтому допускается использование средств определения составных операторов, присутствующих в SQL/PSM ( BEGIN ATOMIC и END ).
Триггеры
Триггеры и регистры сохраняют свою память только до тех пор, пока на них подается напряжение питания. Иначе говоря, их память относится к типу оперативной (в отличие от постоянной памяти и перепрограммируемой постоянной памяти, которым отключение питания не мешает сохранять информацию). После выключения питания и его последующего включения триггеры и регистры переходят в случайное состояние, то есть их выходные сигналы могут устанавливаться как в уровень логической единицы, так и в уровень логического нуля. Это необходимо учитывать при проектировании схем.
Большим преимуществом триггеров и регистров перед другими типами микросхем с памятью является их максимально высокое быстродействие (то есть минимальные времена задержек срабатывания и максимально высокая допустимая рабочая частота). Именно поэтому триггеры и регистры иногда называют также сверхоперативной памятью. Однако недостаток триггеров и регистров в том, что объем их внутренней памяти очень мал, они могут хранить только отдельные сигналы, биты (триггеры) или отдельные коды, байты, слова (регистры).
Триггер можно рассматривать как одноразрядную, а регистр — как многоразрядную ячейку памяти, которая состоит из нескольких триггеров, соединенных параллельно (обычный, параллельный регистр ) или последовательно ( сдвиговый регистр или, что то же самое, регистр сдвига ).
Триггеры
Принцип работы и разновидности триггеров
В основе любого триггера (англ. — «тrigger» или » flip-flop «) лежит схема из двух логических элементов, которые охвачены положительными обратными связями (то есть сигналы с выходов подаются на входы). В результате подобного включения схема может находиться в одном из двух устойчивых состояний, причем находиться сколь угодно долго, пока на нее подано напряжение питания.
Пример такой схемы (так называемой триггерной ячейки) на двух двухвходовых элементах И-НЕ представлен на рис. 7.1. У схемы есть два инверсных входа: –R — сброс (от английского Reset), и –S — установка (от английского Set), а также два выхода: прямой выход Q и инверсный выход –Q.
Если оба входных импульса придут строго одновременно, то в момент действия этих импульсов на обоих выходах будут единичные сигналы, а после окончания входных импульсов выходы случайным образом попадут в одно из двух устойчивых состояний. Точно так же случайным образом будет выбрано одно из двух устойчивых состояний триггерной ячейки при включении питания. Временная диаграмма работы триггерной ячейки показана на рисунке.
| Входы | Выходы | ||
|---|---|---|---|
| -R | -S | Q | -Q |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | Без изменения | |
| 0 | 0 | Не определено | |
| Входы | Выходы | ||
|---|---|---|---|
| -R | -S | Q | -Q |
| 1 | 1 | 1 | Без изменения |
| X | 0 | 1 | 1 |
| 0 | X | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| X | 0 | 0 | Не определен |
| 0 | X | 0 | Не определен |
Однако состояние триггера может быть изменено не только этими сигналами, но и сигналами на двух информационных входах J и K и синхросигналом С. Переключение триггера в этом случае происходит по отрицательному фронту сигнала С (по переходу из единицы в нуль) в зависимости от состояний сигналов J и K. При единице на входе J и нуле на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в единицу (обратный — в нуль). При нуле на входе J и единице на входе К по фронту сигнала С прямой выход устанавливается в нуль (обратный — в единицу). При единичных уровнях на обоих входах J и K по фронту сигнала С триггер меняет состояние своих выходов на противоположные (это называется счетным режимом).
| Входы | Выходы | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| -S | -R | C | J | K | Q | -Q |
| 0 | 1 | Х | Х | Х | 1 | 0 |
| 1 | 0 | Х | Х | Х | 0 | 1 |
| 0 | 0 | Х | Х | Х | Не определено | |
| 1 | 1 | 1  0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 0 | 0 | 0 | Не изменяется | |
| 1 | 1 | 1 0 | 1 | 1 | Меняется на проти-воположное | |
| 1 | 1 | 1 | Х | Х | Не изменяется | |
| 1 | 1 | 0 | Х | Х | Не изменяется | |
| 1 | 1 | 0 1 | Х | Х | Не изменяется | |
Таблица истинности триггера ТВ9 представлена в табл. 7.3, а временная диаграмма работы — на рис. 7.3.