Лабораторная работа N 1
ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА
Целью работы является изучение компоновки, функционирования узлов макета, получение навыков, необходимых для работы на макете.
1.Описание макета
Лабораторный макет представляет собой набор реверсивных регистров сдвига двух типов, двоичных комбинационных сумматоров, мультиплексоров, синхронных D-триггеров, логических элементов. Помимо этого в состав макета входят генераторы одиночных и тактовых импульсов, счетчик с переменным модулем счета, тумблерный регистр, вспомогательные элементы, элементы индикации. Макет выполнен на TTL ИС.
1.1 Регистры. В состав лабораторного макета входят семь 4 разрядных реверсивных регистров сдвига RG1-RG4, RGУ, RGS01, RG S 02. Регистры RG1-RG4, RGУ являются однотипными и выполнены по одной схеме (тип 1), а регистры RGS01, RGS02 выполнены по другой схеме (тип 2). Условные графические обозначения регистров приведены на рис.1. Таблицы 1 и 2 иллюстрируют работу регистров первого и второго типов соответственно.
Таблица 1. Управляющие сигналы и выполняемые функции регистра типа 1 |
Операция | ||||||
Вход | Уст.0 | Прием | Сдвиг вправо | Сдвиг влево | ||
кода | прост | арифм | прост | арифм | ||
R | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
C1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
D1 | Пря- | |||||
D2 | мой | |||||
D3 | код | |||||
D4 | числа | |||||
C2 | ||||||
| 1 | 1 | 0 | 0 | ||
D11 | 1 | 0 | ||||
D41 | 1 | 0 |
VОтличие между регистрами различных типов заключается в наличии синхронных D-входов для параллельного занесения данных у регистров типа 2 и в организации управляющих (подготовительных) входов V. В регистрах второго типа входы управления направлением сдвига являются раздельными (Vп и Vл). Все синхронные операции (синхронный прием данных, сдвиг) во всех регистрах выполняются по срезу синхросигнала.
1.2 Сумматоры. В макете используются два одинаковых 4-х разрядных комбинационных сумматора. Младшие разряды сумматоров кроме входов слагаемых имеют входы переноса Р, а старшие разряды – кроме выходов суммы S имеют выходы переноса.
1.3 Генераторы. В макете имеются генератор непрерывной последовательности импульсов G1 и генератор одиночных импульсов G2. Частота генератора G1 может изменяться дискретно (с помощью тумблера диапазон 1Гц. или 1мГц.) и внутри каждого диапазона плавно. Оба генератора имеют прямой и инверсный выходы. Генератор одиночных импульсов G2 управляется кнопкой. Однократное нажатие кнопки приводит к формированию одиночного импульса длительностью около 200 нс.
Таблица 2.Управляющиу сигналы и выполняемые функции регистра типа 2 |
Операция | |||||||
Вход | Уст. | Асинхр | Синхр. | Сдвиг вправо | Сдвиг влево | ||
0 | прием | прием | прос- | ариф- | прос- | ариф- | |
кода | кода | той | метич. | той | метич. | ||
R | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
S1 | 1 | Инв. | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
S2 | 1 | код | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
S3 | 1 | чис- | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
S4 | 1 | ла | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
C | |||||||
Vп | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | ||
| 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | ||
D11 | 1 | 0 | |||||
D41 | 1 | 0 | |||||
C1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
D1 | Инв. | ||||||
D2 | код | ||||||
D3 | чис- | ||||||
D4 | ла |
Vл
|
1.4 Счетчик. В макете имеется счетчик, модуль счета которого может быть задан с помощью переключателя, расположенного на лицевой панели. Счетчик выполнен по схеме "с начальной установкой кода"; занесение кода в счетчик производится сигналом переноса, поэтому после изменения положения переключателя в следующем цикле модуль счета не изменяется, и соответствует предыдущему положению переключателя. Следует иметь в виду, что кнопка "Общий сброс" на состояние счетчика не влияет.
1.5 Вспомогательные элементы. На лицевой панели макета расположен ряд вспомогательных элементов. Набор тумблеров, используемых для задания кодов чисел и управления, элементы индикации состояния регистров и отдельных триггеров, гнезда "Земля", шины с дополнительными клеммами, выключатели и индикаторы "Сеть" и "+5в.", пробник для проверки коммутационных проводников, кнопка "Общий сброс". Кнопка "Общий сброс" не влияет на состояние отдельных триггеров и, как было отмечено ранее, на состояние счетчика с управляемым модулем счета.
2. Подготовка к выполнению работы
2.1 Изучить описание лабораторной работы.
2.2 Изучить функциональный состав макета, особенности его узлов.
2.3 Разработать схемы устройств сдвига двоичных чисел на заданное количество разрядов (не менее 5 разрядов). Схемы сдвига разрабатываются для регистров обоих типов. Устройства должны обеспечивать автоматический прием двоичного кода, задаваемого с помощью тумблерного регистра, его сдвиг на заданное количество разрядов (не менее 5) и в заданном направлении.
2.4 Разработать схему устройства, выполняющего накопление суммы не менее чем трех двоичных чисел.
3. Порядок выполнения работы
3.1 Получить у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы.
3.2 Последовательно закоммутировать разработанные схемы, отладить их, результаты показать преподавателю.
4. Содержание отчета
4.1 Цель работы.
4.2 Схемы исследованных устройств.
4.3 Выводы по работе.
ВНИМАНИЕ! КОММУТАЦИЮ СХЕМ ПРОИЗВОДИТЬ ПРИ ОТКЛЮЧЕННОМ ПИТАНИИ МАКЕТА.
Лабораторная работа №2
УМНОЖЕНИЕ ДВОИЧНЫХ ЧИСЕЛ
Целью работы является закрепление полученных на лекциях знаний, приобретение навыков монтажа, отладки и анализа схем специализированных операционных и управляющих устройств ЭВМ.
1.Введение
Умножение в ЭВМ сводится к выполнению последовательности суммирований сдвигов. Разрядность произведения равна сумме разрядности сомножителей.
Известны четыре основных алгоритмов умножения двоичных чисел, представленных в прямых кодах: со сдвигом множителя и суммы частичных произведений вправо, со сдвигом множителя и суммы частичных произведений влево, со сдвигом множителя вправо, а множимого влево и со сдвигом множителя влево, а множимого вправо. Наибольшее распространение получил первый алгоритм, как не требующий дополнительного оборудования для формирования полноразрядного произведения. Независимо от алгоритма для построения операционного блока требуются три регистра, два из которых сдвигающие, и сумматор. В настоящее время для представления чисел в ЭВМ используется дополнительный код. Умножение чисел в дополнительном коде имеет ряд особенностей. Если оба сомножителя положительны, то проблем не возникает, но если хотя бы один из сомножителей отрицательный, перемножение кодов дает неправильный результат, действительно, пусть А<0 и B>0. В результате перемножения кодов этих чисел получим А*(1-В)=А-АВ, а правильный результат должен быть 1-АВ. Если же оба сомножителя отрицательны, то в результате будет получено (1-А)*(1-В)=1-А-В+АВ. Для получения правильного результата требуется коррекция результата.
Наиболее естественный на первый взгляд путь, заключающийся в преобразовании отрицательных сомножителей в прямой код, а отрицательного произведения в дополнительный, требует дополнительных затрат времени на преобразование. Поэтому разработан ряд искусственных методов: умножение с одним корректирующим шагом, с последовательным преобразованием множителя и др.
Алгоритм с одним корректирующим шагом и сдвигом множителя и суммы частичных произведений вправо (метод Booth and Booth) заключается в следующем:
1.присвоить сумме частичных произведений значение 0;
2.если анализируемая цифра множителя равна 1, к сумме частичных произведений прибавить множитель, включая знаковый разряд; если равна 0, прибавить код 00...0;
3.множитель и сумму частичных произведений сдвинуть вправо на один разряд;
4.повторять п.2 и п.3 до окончания анализа всех разрядов множителя за исключением знакового;
5.выполнить коррекцию результата; если множитель отрицательный (знаковый разряд равен 1), к сумме частичных произведений прибавить дополнение кода множимого до двух; если множитель положительный, прибавить код 00...0. Знак произведения получается автоматически.
2.Подготовка к выполнению работы
2.1.Изучить описание лабораторной работы.
2.2.Проанализировать работу схемы устройства умножения (рис.1) и нарисовать временные диаграммы работы управляющего блока. Множимое задается ключами К1 – К4, а множитель заносится в регистр RG2.
Процесс умножения предполагает чередование тактов суммирования и сдвига. Поскольку после коррекции произведения сдвиг можно не выполнять, для умножения n-разрядных сомножителей потребуется n тактов суммирования и либо n, либо (n-1) тактов сдвига. Общее количество тактов можно сократить, используя пространственный сдвиг суммы частичных произведений (косую пересылку) либо в цепи "выход регистра суммы частичных произведений – вход сумматора", либо в цепи "выход сумматора – вход регистра суммы частичных произведений". В первом случае произведение будет располагаться в регистре суммы частичных произведений и (n-1) старших разрядах регистра множителя, во втором – в (n-1) младших разрядах регистра суммы частичных произведений и в n разрядах регистра множителя. Использование косой пересылки упрощает устройство управления, т. к. регистр суммы частичных произведений работает только в режиме синхронного приема данных, а содержимое регистра множителя сдвигается в каждом такте. Построение схемы по классическому варианту, т. е. с чередованием тактов суммирования и сдвига требует формирования сигналов управления режимом работы регистра суммы частичных произведений и чередования тактов сдвига и хранения содержимого регистра множителя.
При изучении операционной части схемы обратите внимание на цепь передачи знака множимого в сумматор (регистр суммы частичных произведений).
Предлагаемая схема устройства умножения допускает внесение изменений вплоть до полной переработки.
3. Порядок выполнения работы
3.1 Соберите 4-х разрядную (включая знаковый разряд) операционную часть схемы и отладьте ее. Основное внимание следует обратить на правильность передачи данных через мультиплексор на входе сумматора и на работу регистров.
3.2 Соберите управляющую часть схемы и отладьте ее. При отладке вместо генератора одиночных импульсов следует использовать тумблер, а вместо генератора непрерывной последовательности – генератор одиночных импульсов. Основное внимание при отладке следует уделить работе регистра RG3 и полярности импульсов синхронизации.
3.3 Проверьте и при необходимости отладьте работу всего устройства.
3.4 Замените тумблер "Пуск" на генератор одиночных импульсов (ГОИ), а ГОИ – на генератор непрерывной последовательности и проверьте работу устройства. Результаты покажите преподавателю.
|
4. Содержание отчета
4.1 Полная схема устройства умножения со всеми внесенными изменениями, выполненная в соответствии с требованиями ЕСКД.
4.2 Временные диаграммы работы устройства управления для 4-х случаев: анализируемый значащий разряд множителя равен 0, равен 1; анализируемый знаковый разряд множителя равен 0, равен 1.
4.3 Выводы по работе.
