МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОУ ВПО «ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА «ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ПО КУРСУ «ОРГАНИЗАЦИЯ ЭВМ»
ИЖЕВСК 2004
1. Данные методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по изучению методов синтеза регистров и счетчиков и их реализации на базе программного эмулятора, описание которого приводится в методических указаниях к проведению лабораторных работ «Разработка и исследование операционных устройств (Программная реализация)».
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
РЕГИСТРЫ СДВИГА
Цель работы
Изучить один из основных узлов ЭВМ - регистр хранения и сдвига; овладеть методом синтеза многофункциональных регистров сдвига; приобрести навыки в сборке, наладке и экспериментальном исследовании регистра.
2.1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Регистром называют упорядоченную последовательность запоминающих элементов (ЗЭ). Обычно в качестве ЗЭ используют триггерные схемы. На регистрах, можно выполнять различные микрооперации (MО), например, сдвиг, выдачу, прием, инвертирование кодов. Для реализации этих МО регистры снабжаются различными комбинационными схемами с цепями передачи информации.
Принята следующая классификация регистров
1. По виду реализации основной функции
а) накопительные (регистры памяти);
б) сдвигающие.
2. По вводу-выводу информации: . .
а) параллельное;
б) последовательное;
в) комбинированные.
3. По направлению передачи информации:
а) нереверсивные;
6) реверсивные.
Одной из наиболее распространенных операций, выполняемых в АУ ЭВМ, является операция сдвига, кроме того, МО сдвига часто используются при реализации самых разнообразных операций, выполняемых ЭВМ.
Разряды регистра нумеруются любым удобным образом. Обычно на практике принято считать старший (левый) разряд регистра первым, а нумерация остальных разрядов производится в порядке возрастания их номеров.
Сдвиги могут осуществляться на один или несколько разрядов в обе стороны (вправо и влево). Регистры, выполняющие как левый, так и правый сдвиг, называются реверсивными. При выполнении сдвига каждый ЗЭ (триггер) Tj должен передать хранимую информацию ЗЭ Tj+i и после этого принять информацию от ЗЭ Tj-i (сдвиг вправо на i разрядов). Освобождающиеся при сдвиге старшие или младшие разряды регистра могут быть заполнены нулями или произвольной информацией, поступающей извне.
2.2. РЕГИСТРЫ СДВИГА (РС) НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
При выполнении сдвига каждый разряд (ЗЭ) должен одновременно выдавать информацию в следующий разряд и принимать новую информацию из предыдущего разряда.
Прием информации происходит по переднему фронту синхроимпульса. Синхронизирующие входы всех триггеров РС объединяются в шину сдвига. Для сдвига на один разряд достаточно подать один импульс на шину сдвига.
Одна из основных характеристик регистра сдвига – быстродействие, определяемое временем сдвига на один или несколько разрядов одновременно, Тсдв . Значение Тсдв равно промежутку времени между моментом поступления импульса на шину сдвига и моментом окончания переходного процесса в схеме, вызванного этим импульсом. Быстродействие регистра сдвига равно:
где 
– длительность импульса;
– время задержки положительного фронта триггера;
– время положительного фронта триггера.
Если время выключения триггера больше времени включения, то время сдвига равно:
где 
– время задержки отрицательного фронта триггера;
– время отрицательного фронта триггера.
2.3 СИНТЕЗ РЕГИСТРОВ СДВИГА
Обобщенная схема логической структуры многофункционального регистра сдвига приведена на рис. 2.1
Сигналы с выходов триггеров и сигналы управления y1, y2,…,ym подаются на комбинационную схему. Каждый сигнал управления разрешает выполнение конкретной МО на РС. Сигналы с выходов комбинационной схемы подаются на входы триггеров.
Функции возбуждения входов i – го триггера можно записать в следующем виде:
Если задан тип триггера, то задача логического проектирования схемы регистра сдвига заключается в составлении функций возбуждения каждого триггера и минимизация заданных функций в заданном базисе.
Закон функционирования триггера опишем с помощью матрицы переходов (табл. 2.1). Число строк матрицы для любого триггера равно четырем, а число столбцов определяется числом логических входов триггера:
Q(t) | Q(t+1) | E1 | E2 | … | En | … | Em |
0 | 0 |
|
| … |
| … |
|
0 | 1 |
|
| … |
| … |
|
1 | 0 |
|
| … |
| … |
|
1 | 1 |
|
| … |
| … |
|
Элемент матрицы представляет собой значение входного сигнала Еk , под воздействием которого триггер переходит из состояния Q(t) в состояние Q(t+1). Каждый элемент матрицы может быть равным единице, нулю или являться неопределенным коэффициентом, если значение сигнала на входе не влияет на данный переход триггера.
Матрицу переходов триггера можно составить по таблице переходов этого триггера (в данной работе для построения регистра сдвига используются JK и DV - триггеры).
Таблица 2.2 | Таблица 2.3 | |||||||
Время t | (t+1) | Время t | (t+1) | |||||
D | V | Q | Q | J | K | Q | Q | |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | |
0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | |
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | |
1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Составим матрицу переходов для DV - триггера.
Из таблицы 2.3 видно, что переход триггера из состояния Q(t)=0 в Q(t+1)=0 возможен при трех комбинациях входных переменных D и V: 00, 01, 10. Положим, что переменная D принимает произвольное значение (0 или 1), тогда переменная V зависит от значения D. Если D=0, то переменная V может быть как 0, так и 1; если D=1, то переменная V обязательно должна быть равна нулю. Эту зависимость в матрице переходов можно отобразить, если в столбце D первой строчки записать а1, а в столбце V - логическое произведение 
, где а1 и b1 – неопределенные коэффициенты, которые могут принимать значения как 0, так и 1. рассуждая подобным образом (для других переходов), можно получить закон функционирования DV - триггера, описанный с помощью матрицы переходов, в виде:
D | V | ||
0 - 0 | a1 |
| |
0 - 1 | 1 | 1 | |
1 - 0 | 0 | 1 | |
1 - 1 | a2 |
|
Матрица переходов для JK - триггера имеет вид:
J | K | ||
0 - 0 | 0 | a1 | |
0 - 1 | 1 | a2 | |
1 - 0 | a2 | 1 | |
1 - 1 | a1 | 0 |
Рассмотрим метод синтеза на примере.
Пусть требуется спроектировать реверсивный регистр сдвига на один разряд влево и вправо.
1. Определяем число независимых шин управления m, число которых зависит от k микроопераций сдвига, выполняемых проектируемым регистром:
,
где скобки “] [“ - определяют выбор ближайшего целого.
Так как k=2, то m=1, то есть требуется одна шина управления (Y).
2. Составляем кодированную таблицу переходов и функций возбуждения i - го разряда регистра (табл. 2.4). Полагаем, что Y=0 соответствует сдвигу вправо, Y=1 – сдвигу влево на один разряд. Для составления функций возбуждения воспользуемся матрицами переходов для JK – (DV) - триггера.
Таблица 2.4
Набор | Время( t) | Время( t+1) | Время( t) | ||||||
Y | Qi-1 | Qi | Qi+1 | Qi | Ji | Ki | Di | Vi | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | a0 | a0 |
|
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | a1 | a1 |
|
2 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | a2 | 1 | 0 | 1 |
3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | a3 | 1 | 0 | 1 |
4 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | a4 | 1 | 1 |
5 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | a3 | 1 | 1 |
6 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | a6 | 0 | a6 | a6b6 |
7 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | a7 | 0 | a7 | a7b7 |
8 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | a8 | a8 |
|
9 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | a9 | 1 | 1 |
10 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | a10 | 1 | 0 | 1 |
11 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | a11 | 0 | a11 | a11b11 |
12 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | a12 | a12 |
|
13 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | a13 | 1 | 1 |
14 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | a14 | 1 | 0 | 1 |
15 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | a15 | 0 | a15 | a15b15 |
3. Осуществляем минимизацию функций возбуждения. Для этого составляем карты Карно для функций возбуждения i –го триггера (см. рис. 2.2)
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
