Арифметико-логические основы схемотехники

с. 1 ... с. 4 с. 5 с. 6 с. 7 с. 8

Лекция № 12.


Регистры.

Регистр – ПЦУ или ЦАП, предназначенный для временного хранения, приема, выдачи и преобразования данных или информации.

Регистры очень хорошо используются в вычислительной технике, прежде всего, как запоминающие устройства, в составе так называемых регистровых файлов, различного рода фиксаторов, а также при построении множительных и делительных устройств. Кроме того регистры используются для последовательных кодов в параллельные, а параллельных в последовательные и построения кольцевых счетчиков. В вычислительной технике разрядность обработки данных обычно равна 2,4 и реже 8.

Классификация регистров.


  1. по способу приема/выдачи данных:

- последовательные (сдвиговые);

- параллельные (запоминающие).



Последовательно-параллельный регистр:


Параллельно-последовательный регистр:



Универсальный регистр (реверсивный):





  1. по способу управления записи:

- синхронные

- асинхронные

3) по числу линий связи

- однофазные



- парафазные



Для построения регистров используются R-S, Д, J-K триггеры, причем промышленность использует динамические (синхронные, двухступенчатые, двухкаскадные) Д триггеры.

Latch (фиксатор, защелка).

Условное графическое обозначение регистров.



Пример простейшего регистра сдвига на R-S триггерах: (последовательный регистр). Схема читается слева направо. И сдвиг информации слева направо означает деление числа на 2, а справа налево – умножение числа на 2.



Сдвиговые регистры строятся только на синхронных триггерах, а параллельные как на асинхронных, так и на синхронных триггерах.




Регистр К555ИР1

Регистр сдвига слева направо с И выдачей/приемом данных.

Условное графическое обозначение регистра.


Регистровые файлы.

Регистровый файл – набор регистров. Мощностью 64 регистра.
/4 – в шине 4 линии.

RЕ (Read Enable) – разрешение чтения.

WE (Write Enable) – разрешение записи.



Порты.

Основной частью портов является параллельный регистр.

Порты позволяют записывать и считывать информацию из буфера/в буфер.

МБР – многорежимный буферный регистр (К589ИР12).

Может использоваться в качестве драйвера шин, буфера ввода/вывода и т.д.

В основе микросхемы лежит 8-ми разрядный параллельный регистр.

ЗПР - сигнал запроса прерывания.



Пока сигнал чтения равен 1 (ЧТ=1) схема читается. Входы подключены все время (любое устройство ввода).

ВР – выбор режима работы.

ВК1,ВК2 – выбор кристалла.

С –сигнал синхронизации (управления).

Д0-Д7 – входы.

Q0-Q7 – выходы.

На ВК1 подадим адрес порта с дешифратора адреса.

Дешифратор адреса:

На С подадим С= 1(+5V)




Кольцевые счетчики. Распределители импульсов.

Счетчики с единичным кодированием:

Представляют собой регистр, прямой выход которого подключен к его входу. И в начальный момент времени подается единственная единица.



Недостаток: если не будет единицы, то потеряется смысл. Чтобы не было потери единицы на входе все разряды счетчика собираются на схеме ИЛИ-НЕ и на 5-ый разряд записывается 1.



Лекция № 13.


Счетчики Джонсона .

Существуют кольцевые регистры с перекрестной обратной связью такие, как счетчик Мебиуса, счетчик Либау-Крейга. В отличие от кольцевого счетчика обратная связь берется с инверсией выхода последнего разряда.





Код Либау-Крейга:





Q3

Q2

Q1

Q0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0


Кольцевые генераторы импульсов.

На основе сдвиговых регистров можно построить генераторы циклически повторяющихся последовательностей импульсов (единиц). В таких регистрах каждая следующая комбинация 0 и 1 образуется путем сдвига предыдущего на один разряд и введением в освободившийся разряд при сдвиге (младший разряд) либо 0, либо 1. рассмотрим на примере графа работу такого регистра.

n=3.

Алгоритм построения такого генератора состоит в следующей последовательности шагов:



  1. составляется таблица переходов будущего генератора;

  2. минимизируется переключательная функция f, управляющая записью 0 и 1 на младший регистр (МДНФ);

  3. построение схемы кольцевого генератора.



f

1

1

1

0

1

0

0

0
1)Таблица перехода.


N

Q2

Q1

Q0

0

0

0

0

1

0

0

1

3

0

1

1

7

1

1

1

6

1

1

0

5

1

0

1

2

0

1

0

4

1

0

0


2)





Счетчики.

Счетчик – ПЦУ или ЦАП, который подсчитывает количество единиц, приходящих на его вход, называемый счетным входом счетчика, и выдающий двоичный код суммы.

Классифицируют счетчики по следующим критериям:



  1. по направлению счета:

- суммирующие

- вычитающие

- реверсивные (комбинирующие)

2) по способу кодирования:

- позиционные

- непозиционные

3) по модулю счета М:

- двоичные

- десятичные

- с переменным модулем счета

4) по способу организации межразрядных связей:

- со сквозным переносом

- с параллельным переносом

- с групповым переносом

- с последовательным переносом

5) по способу управления используемых триггеров:

- синхронные (вход С есть)

- асинхронные (входа нет)

6) по типу используемых триггеров:

- JK в режиме T

- Т

- Д в режиме Т



Основным параметром характеризующим работу счетчика является модуль счета М.

Счетчик по модулю 4 (М=4).





Асинхронный счетчик с последовательным переносом построенный на Т-триггерах.

Временная диаграмма работы счетчика (М=8).

По срезу (суммирующий счетчик):

По 8-му импульсу счетчик будет в нулях.

По фронту (вычитающий счетчик):

Преимущество: простота.

Недостаток: малая скорость работы.

n·τтр – время срабатывания триггера

τтр – время задержки каждого триггера
Асинхронный триггер со сквозным переносом.

Для повышения скорости срабатывания используется именно эта схема. Из ДД5.1 сквозит в ДД5.3. Триггера ДД1-ДД4 находятся в различных временных счетных интервалах и это недостаток. Чтобы уменьшить время срабатывания асинхронного счетчика используются схемы с параллельным переносом.



Для решения этой проблемы используются счетчики с групповым переносом.



Кардинальный способ борьбы с задержкой – спектральный счетчик.




Синхронный счетчик с параллельным переносом (на рисунке JK тип).


Параллельный счетчик реверсивного счета.




с. 1 ... с. 4 с. 5 с. 6 с. 7 с. 8