Карточка 3. Триггер и регистр

← Все карточки

Паспорт концепта

  • Уровни: 10 «Память» (25 мин), 11 «Такт» (30 мин), 12 «Регистр» (30 мин). Часть 1.
  • Суммарно: ~85 минут игры, два-три занятия.
  • Результаты обучения: ученик объясняет обратную связь и SR-защёлку как первый элемент памяти; объясняет роль фронта тактового сигнала и работу D-триггера master-slave; собирает байтовый регистр из восьми триггеров и объясняет параллелизм ячеек.
  • Гайды: ур. 10, ур. 11, ур. 12.

План занятия на 45 минут

Ядро занятия — уровень 10 и начало разговора о такте; уровни 11–12 остаются на самостоятельную работу.

  • 0–10 мин. Вопрос-крючок: где в схеме из прошлых уроков живёт «результат прошлого вычисления»? Нигде: провода забывают мгновенно. Нужна память.
  • 10–25 мин. Самостоятельная сборка уровня 10. После успеха — концепт-чек про «схема не погасла»: пусть ученики сначала ответят сами, потом обсудите.
  • 25–35 мин. Демонстрация: уберите Set при учениках и попросите предсказать выход. Проговорите обратную связь как кольцо, которое само себя кормит.
  • 35–45 мин. Разбор понятия фронта на словах (светофор: зелёный горит — жди; сменился на красный — записывай). Домой: уровни 11–12.

Вопросы для обсуждения

  1. Убрали единицу со входа Set — выход остался единицей. Что именно держит её?
  2. Чем защёлка неудобна для процессора? Что случится, если данные на входе дрожат, пока защёлка открыта?
  3. Что такое фронт тактового сигнала и почему триггер записывает значение именно в этот момент?
  4. Зачем в D-триггере две ступени (master-slave)? Что сломалось бы с одной?
  5. Регистр — восемь триггеров с общим Clock. Почему восемь значений записываются одновременно, а не по очереди?
  6. Придумайте бытовой пример «запоминания по фронту» из жизни, не из электроники.

Ожидаемые ошибки

Список собран из неверных вариантов концепт-чеков; по мере накопления телеметрии он будет уточняться по реальной доле верных ответов с первой попытки.

  • Ученик говорит: «заряд в вентилях держит выход». Реакция: вентиль из двух транзисторов не умеет хранить заряд, он лишь усиливает. Держит кольцо обратной связи: выход снова приходит на вход.
  • Ученик говорит: «питание удерживает единицу». Реакция: питание есть всегда, но через защёлку оно не проходит напрямую. Попросите показать на схеме путь от питания к выходу — его нет.
  • Ученик говорит: «D-триггер быстрее, поэтому записывает больше за такт». Реакция: дело не в скорости, а в моменте записи: только по фронту, остальное время вход игнорируется.
  • Ученик говорит: «D-триггер хранит восемь бит, это и есть регистр». Реакция: покажите уровень 12 — регистр это восемь отдельных триггеров, соединённых параллельно.

Критерии оценки

  1. Собрал. Уровни 10–12 закрыты.
  2. Собрал и объяснил. Объясняет обратную связь и фронт своими словами, отвечает на вопросы 1–5, различает защёлку и триггер.
  3. Перенёс на новую задачу. Выполнил задачу для сильных или сам объясняет, что будет, если подать Clock на регистр с задержкой относительно данных.

Задача для сильных

В песочнице соберите SR-защёлку из двух NOR, затем сломайте её: подайте Set и Reset одновременно. Что делает выход? Объясните, почему эта комбинация запрещена, и что делает D-триггер с этой проблемой.

Парная работа

Проектировщик собирает регистр на уровне 12; проверяющий до каждого такта записывает на бумажке предсказание: что покажет LED8 после этого такта и почему. После такта предсказание сверяется. Смена ролей — каждые два такта; расхождение предсказания с реальностью обязаны объяснить вместе до следующего такта.