МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра ЭВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
“Регистры”
по дисциплине “Схемотехника ЭВМ”
Москва – 2004
2.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
“РЕГИСТРЫ”
1. Цель работы, ее краткое содержание
Исследование функционирования буферных и сдвигающих регистров, построенных на интегральных триггерах.
В методических указаниях изложены краткие теоретические сведения о принципах функционирования и схемотехнике регистров. Даны методические указания по выполнению работы. Предложены рабочее задание, вопросы для самопроверки и список литературы.
2. Краткие теоретические сведения
Регистром называется последовательностное устройство, предназначен-ное для записи, хранения или сдвига информации, представленной в виде двоичного кода [1].
По способу приема информации существуют регистры:
- параллельные (буферные), в которые информация записывается и считывается только в параллельном виде, информация не сдвигается;
- последовательные (сдвигающие), в которые информация записывается и считывается только в последовательном виде;
- универсальные, в которые информация записывается и считывается как в параллельном, так и последовательном виде.
По направлению сдвига информации:
- со сдвигом в одном направлении;
- со сдвигом в двух направлениях (реверсивные).
Регистры строятся только на тактируемых триггерах. Сдвигающие регист-ры имеют один информационный вход. Буферные регистры имеют несколько информационных входов, в соответствии с числом разрядов регистра. Уни-версальные регистры имеют вход для последовательного ввода информации, а также входы для параллельной записи информации одновременно во все разряды. Многие буферные регистры построены по схеме с тремя состояни-ями выхода для работы на шину данных.
Буферные регистры построены на D-триггерах, работающих независимо друг от друга. Обычно триггеры имеют общий тактовый вход. При выборе микросхемы регистра необходимо обращать внимание на тип D-триггеров, используемых в схеме регистра. Если используются триггеры со статичес-ким управлением (триггеры “защелки”), то в интервалы времени действия высокого уровня тактового сигнала информация со входов триггеров пере-дается на их выходы; информация запоминается в триггерах по срезу такто-вого сигнала. D-триггеры с динамическим управлением не передают транзи-
3.
том информацию на выход; они фиксируют ее по переднему фронту такто-вого сигнала.
Сдвигающие регистры используются для преобразования последователь-ного двоичного кода в параллельный, а параллельного – в последовательный. На их основе строят схемы синхронизации, распределители импульсов на несколько каналов, схемы управления цифровыми узлами.
Сдвигающий регистр строится на D-триггерах, которые могут быть реали-зованы на JK-триггерах при соответствующей организации цепей переноса между разрядами (рис.1).
 |
Рис.1. Трехразрядный сдвигающий регистр, построенный на JK-триггерах
При использовании в сдвигающих регистрах JK-триггеры имеют функци-ональную избыточность. Поэтому такие регистры обычно выполняют на син-хронных D-триггерах (рис.2). При этом становятся проще цепи переноса сиг-налов между разрядами.
 |
Рис.2. Сдвигающий регистр на D-триггерах
Распределители импульсов на несколько каналов используются для в устройствах синхронизации функционально сложных вычислительных систем, а также для управления шаговыми двигателями в периферийном оборудовании. Распределители импульсов обычно строятся на кольцевых рагистрах, в которых циклически сдвигается “1” (рис.3).
4.
 |
Рис.3. Кольцевой сдвигающий регистр
При случайном сбое в таком регистре возможна потеря “1”. Для восста-новления работоспособности необходимо выявить факт сбоя и подать спе-циальную команду для записи “1”. Автоматическая коррекция выполняется в схеме регистра [2] с дополнительными логическими связями (рис.4).
 |
Рис.4. Кольцевой сдвигающий регистр с коррекцией
На кольцевых сдвигающих регистрах строят счетчики особого вида, кото-рые называются счетчиками Джонсона. Для этого в регистре заменяют одну из цепей переноса с прямой на перекрестную (рис.5). Коэффициент счета такого счетчика Kсч=2m, где m – число разрядов. Достоинство счетчика заключается в том, что в ходе счета только один триггер изменяет состояние и поэтому на выходах не возникают помехи, вызванные задержками перек-лючения триггеров. Кроме того, в счетчике в течение одного цикла состояние 01 или 10 для двух соседних триггеров имеет место один раз независимо от числа разрядов счетчика, поэтому для дешифрации кода в счетчике могут использоваться простые элементы 2И. Для коррекции сбоев счетчик может дополняться логической цепью, как в схеме (рис.4).
5.
Рис.5. Счетчик Джонсона
3. Рабочее задание
3.1. Исследовать сдвигающий регистр на JK-триггерах. Составить таблицу состояний и временные диаграммы.
3.2. Исследовать сдвигающий регистр на D-триггерах. Составить таблицу состояний и временные диаграммы.
3.3. Исследовать кольцевой сдвигающий регистр. Составить таблицу состояний и временные диаграммы.
3.4. Исследовать сдвигающий регистр со схемой коррекции. Составить таблицу состояний и временные диаграммы.
3.5. Исследовать счетчик Джонсона. Составить таблицу состояний и временные диаграммы.
4. Литература
1. , , Гуров и цифровая электроника. Учебник для вузов. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2000 г. – 768 с.
2. Зельдин интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. – Л.: Энергоатомиздат, 1986 г. – 280 с.
