Методическое пособие по курсу “Схемотехника ЭВМ” для студентов специальности 22.01.00
“Вычислительные комплексы, системы и сети”.
Данное методическое пособие содержит теоретические материалы, примеры построения цифровых схем, контрольные вопросы и задания по разделу “Последовательностные схемы” курса “Схемотехника ЭВМ”. Пособие отвечает требованиям программы высшего учебного заведения по дан-ному курсу. Рекомендуется для преподавателей и студентов 3-го курса специальности “Вычислительные комплексы, системы и сети”.
Скачать:
Содержание
Глава 1. Триггеры 4
Асинхронный RS-триггер на элементах ИЛИ-НЕ 4
Асинхронный RS-триггер на элементах И-НЕ 5
Синхронный RS-триггер 6
Статический D-триггер 7
Динамический D-триггер 8
Двухступенчатый триггер 9
JK-триггер 10
T-триггер (счетный триггер) 11
Глава 2. Регистры 12
Параллельный регистр 12
Последовательный регистр 14
Универсальный регистр 15
Глава 3. Счетчики. 16
Асинхронный счетчик с последовательным переносом 16
Увеличение разрядности счётчиков 19
Реверсивные счётчики 20
Асинхронный счетчик с параллельным переносом 21
Синхронный счетчик с параллельным переносом 23
Счетчик с произвольным коэффициентом счёта 25
Счётчик с предварительной установкой 26
Список литературы 30
Глава 2. Регистры
Регистром (от англ. – Register, сокращенно — RG) наз. цифровой узел, предназначенный для запоминания (хранения) двоичных чисел. Все регистры можно разделить на два основных типа: параллельные и последовательные.
Параллельный регистр
В простейшем случае параллельный регистр или регистр памяти представляет собой несколько (4 или 8) D-триггеров с общим входом синхронизации С.
На рис. 11 показаны схема построения и условное обозначение ИМС 555ТМ8. Сходным образом построены ИМС 555ТМ7, 555ТМ9, 564ТМ3.
За исключением приведенных, микросхемы регистров обозначаются буквами ИР. Параллельные регистры могут строиться с использованием как статических, так и динамических триггеров. Регистры, построенные на триггерах-защелках, так и называются: «регистр-защелка».
Кроме входа сброса R, регистры могут иметь вход разрешения записи Е, вход управления третьим состоянием выхода CS или OE. Различные ИМС регистров могут иметь различные комбинации перечисленных входов.
В качестве примера можно привести 8-разрядный регистр 555ИР35, условное обозначение и таблица истинности для i-го разряда которого приведены на рис. 12.
R C Di Q (n+1),i Режим работы
0 Х Х 0 Сброс
1 0,1 Х Q (n),i Хранение
1 0 0 Запись «0»
1 1 1 Запись «1»
Очень распространенным в микропроцессорной технике является изображенный на рис. 13 8-разрядный регистр-защелка с тремя состояниями выходов 8282 (отечественный аналог – 580ИР82). ИМС 8283 (580ИР83) отличается тем, что имеет инверсные выходы.
OE STB Di Q (n+1),i Режим работы
1 Х Х Z Хранение
0 0 Х Q (n),i Хранение
0 1 0 0 Запись «0»
0 1 1 1 Запись «1»
Существует целый ряд параллельных регистров: 555ИР15, ИР22, ИР23, ИР27 и других, описанных в [1] — [4].
Задания
Используя изученные ранее ИМС D-триггеров и ЛЭ, построить различные типы параллельных регистров с различными комбинациями входов: сброс (прямой и инверсный), CS (прямой и инверсный), с использованием статических и динамических триггеров и т. д.
Последовательный регистр
Последовательный или сдвиговый регистр (shift register) – это регистр, содержимое которого может сдвигаться в сторону младших или старших разрядов.
В качестве примера рассмотрим 4-разрядный сдвиговый регистр 564ИР2, структурная схема и условное обозначение которого показаны на рис. 14 (ИМС 564ИР2 содержит два изображенных регистра).
Из схемы видно, что выход каждого триггера соединяется со входом D последующего. Входной разряд данных подается на вход D 1-го триггера. В момент переднего фронта сигнала С состояние входа D записывается в 1-й триггер, состояние 1-го – во 2-й, 2-го – в 3-й и т. д. Т. о., каждый раз с приходом фронта синхросигнала С значение регистра сдвигается на 1 разряд влево. При этом в младший разряд записывается значение входа D, старший разряд – теряется. Если на входе D лог. «0», то в каждом такте происходит умножение содержимого регистра на 2, за n тактов значение регистра умножается на 2n. Таблица истинности 564ИР2 приведена в [3].
Аналогично можно построить сдвиговый регистр для сдвига вправо. При этом за n тактов происходит деление на 2n.
Существуют регистры, которые могут производить сдвиг как вправо, так и влево (555ИР8).
В вычислительной технике распространенной является передача информации в последовательном коде. В этом случае сдвиговый регистр может использоваться для преобразования последовательного кода в параллельный.
Задания
Построить самостоятельно 4-разрядный регистр, производящий сдвиг влево. Более сложное задание: построить регистр, который, в зависимости от управляющего разряда V, будет производить сдвиг вправо или влево.
Можно ли использовать рассмотренный регистр 564ИР2 для сдвига вправо?
Должны ли триггеры в сдвиговом регистре быть обязательно непрозрачными или возможно применение любых?
Универсальный регистр
В настоящее время промышленностью выпускается большое число разнообразных регистров, сочетающих в себе возможности как параллельного, так и последовательного регистров [1], [3].
В качестве примера рассмотрим универсальный сдвиговый регистр с последовательно-параллельным вводом и параллельным выводом информации 555ИР11. Условное обозначение его и упрощенная таблица истинности (полная информация и структурная схема приведены в [3]) показаны на рис. 15.
Режим работы регистра зависит от управляющего кода S0, S1. Изменение информации на выходах происходит по переднему фронту сигнала С.
При S0 = S1 = 0 информация в регистре не изменяется.
При S0 = S1 = 1 ИМС работает в режиме параллельной записи, состояния входов DR и DL — безразличны.
При S0 = 0, S1 = 1 регистр работает в режиме «сдвиг влево». В младший разряд записывается состояние входа DL.
При S0 = 1, S1 = 0 регистр работает в режиме «сдвиг вправо». В старший разряд записывается состояние входа DR.
Примерно так же работает 555ИР16.
R S0 S1 C Режим работы
0 Х Х Х Сброс
1 0 0 Х Хранение
1 1 1
Параллельная запись
1 0 1 Сдвиг влево
1 1 0 Сдвиг вправо
Рис. 15
Регистры часто входят в состав других устройств на ИМС. Например, на рис. 16 изображена ИМС 555КП13 – четыре мультиплексора 2х1 с запоминанием. Логика работы ее очевидна: по заднему фронту сигнала С выходной 4-разрядный код запоминается в регистре.
Другим примером является 555ИР30 – дешифратор 3х8 с регистром на выходе.
Регистры входят в состав и других ИМС: сумматоров, шинных драйверов и др. [1], [3].