Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
doc

Лабораторная № 4 «Суммирующий счётчик на D-триггерах» по Архитектуре вычислительных систем (Абрамов П. В.)

Лабораторная работа №4.

Задания.

-суммирующего счётчика на D-триггерах.

При использовании D-триггеров в качестве счетных, его инверсный выход соединяют со своим входом D. Суммирующий асинхронный счетчик на D триггерах получается, если инверсный выход предыдущего триггера соединить со входом С последующего триггера.

-асинхронный суммирующий счетчик на JK-триггерах

Синхронизирующие входы всех триггеров,кроме крайнего левого (Т1), соединены с прямыми выходами предыдущих триггеров. Поэтому состояние триггера меняется в ответ

на изменение состояния предыдущего триггера.

Таблица состояний на прямых выходах триггеров.

N Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

2 0 0 1 0 3 0 0 1 1

4 0 1 0 0 5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1 8 1 0 0 0

9 1 0 0 1 10 1 0 1 0

11 1 0 1 1 12 1 1 0 0

13 1 1 0 1

14 1 1 1 0 15 1 1 1 1

Управление триггерами выполняем задним фронтом счетных импульсов.

Временные диаграммы, поясняющие работу асинхронного суммирующего счетчика.

- асинхронный вычитающий на JK-триггерах

-синхронный суммирующий

В синхронном последовательном счетчике синхроимпульсы поступают на все триггеры счетчика параллельно, а управляющие импульсы от предыдущего разряда к последующему – последовательно, что несколько уменьшает его быстродействие.

-счетчик Джонсона. Для получения схемы счетчика Джонсона необходимо соединить инверсный выход старшего разряда регистра с входом младшего.

-реверсивный асинхронный счётчик(. Управление направлением счёта организовать с помощью управляющего триггера).

В некоторых случаях необходимо, чтобы счетчик мог работать как в прямом, так и в обратном направлении счета. Такие счетчики называются реверсивными. Реверсивные счетчики могут быть как асинхронного, так и синхронного типа. Они строятся путем применения логических коммутаторов (мультиплексоров) в цепях связи между триггерами. Так, например, асинхронный реверсивный двоичный счетчик можно построить, если обеспечить подачу сигналов с прямого (при суммировании) или с инверсного (при вычитании) выхода пре-дыдущего JK- или Т-триггера на счетный вход последующего. В случае, когда реверсивный счетчик строится на базе D-триггеров, управляемых передним фронтом, для получения режима прямого счета следует соединить инверсный выход предыдущего с счетным входом последующего триггера.

. Управление направлением счёта организовать с помощью управляющего триггера.

АЛУ.

S3 S2 S1 S0 Логическая функция М=1 Арифметико-логическая функция М=0, С'=1 (входной перенос отсутствует)

0 0 0 0 А' A или А+1 (вх.перенос )

0 0 0 1 (A+B)' A+B или A+B+1

0 0 1 0 A' B A+B' или (A+B')+1

0 0 1 1 0 -1 или 0 при переносе

0 1 0 0 (AB)' A+AB' или (A+AB')+1

0 1 0 1 B' (A+B)+AB' или

((A+B)+AB')+1

0 1 1 0 A EB искл. ИЛИ A-B-1 или A-B

0 1 1 1 AB' AB'-1 или AB'

1 0 0 0 A'+B A+AB или A+B+1

1 0 0 1 (A+B)' A+B или A+B+1

1 0 1 0 B (A+B')+ABили (A+B')+AB+1

1 0 1 1 AB AB-1 или AB

1 1 0 0 1 A+A или A+A+1

1 1 0 1 A+B' (A+B)+A или (A+B)+A

1 1 1 0 A+B (A+B')+A или (A+B')+A+1

1 1 1 1 A A-1 или A

Например.

На рисунке приведена схема троичного одноразрядного трёхбитного одноединичного бинарного АЛУ. Устройство состоит из дешифратора "два трёхбитных одноединичных трита в один девятибитный одноединичный трит" на девяти логических элементах "2И", девяти демультиплексоров (переключателей) DMX "1 на 3" управляемых одним трёхбитным одноединичным тритом и одного девятитритного регистра RG.

На входы T1 и Т2 подаются трёхбитные одноединичные триты двух операндов, в девятитритный регистр номера функции RG по стробу на входе C загружается девятитритный трёхбитный одноединичный код номера операции (номера троичной функции), который переключает девять демультиплексоров DMX для выполнения требуемой троичной бинарной функции с унарным выходом.

Устройство выполняет любую из 3^9=19 683 одноразрядных троичных бинарных функций с унарным выходом, в том числе и логическое сложение по модулю 3.

Контрольные вопросы.

Назначение счётчиков в вычислительных устройствах.

Счётчик – это электронное устройство для подсчета количества импульсов. По мере поступления входных сигналов счётчик последовательно изменяет свои состояния в определённом для данного типа счётчика порядке.

Одной из наиболее распространенных операций, выполняемых в вычислительных устройствах цифровой обработки информации является подсчет числа сигналов импульсного или потенциального вида.

Счетчики широко применяются почти во всех цифровых устройствах автоматики и вычислительной техники. В ЦВМ счетчики и используются: для подсчета шагов программы, для подсчета циклов сложения и вычитания, при выполнении арифметических операций, для преобразования кодов, в делителях частоты и распределителях сигналов и т.д.

Признаки классификации счётчиков.

Классификация счетчиков по основным признакам:

- по системе счисления счетчики делятся на: двоичные, двоично-десятичные, десятичные, счетчики с основанием системы счисления неравным 2 и 10 (пересчетные схемы).

- по реализуемой операции счетчики подразделяются на: суммирующие, вычитающие и реверсивные.

Коэффициент пересчёта счётчика.

Модуль счета или коэффициент пересчета счетчика «Ксч» характеризует число /количество/ устойчивых состояний, в которых может находиться n-разрядный счетчик, т.е. предельное число входных сигналов, которое может быть подсчитано счетчиком.

Двоичный n-разрядный счетчик имеет 2n различных состояний.

Число paзpядoв двoичнoгo cчeтчикa можнo опpeдeлить из выражения:

n>=log2 Kсч

где Ксч – коэффициент пересчета;

n – ближайшее целое число, удовлетворяющее данному неравенству.

Чем определяется максимальная частота поступления входных сигналов на счётчик?

Максимальная частота поступления входных сигналов - это частота, при которой счетчик еще сохраняет, работоспособность. Она определяется, как правило, максимально допустимой частотой переключёния триггера.

Какое свойство J-K триггеров позволяет построить на их основе синхронные счётчики?

JK-триггер работает так же как RS-триггер, с одним лишь исключением: при подаче логической единицы на оба входа J и K состояние выхода триггера изменяется на противоположное. Вход J (от англ. Jump — прыжок) аналогичен входу S у RS-триггера. Вход K (от англ. Kill — убить) аналогичен входу R у RS-триггера. При подаче единицы на вход J и нуля на вход K выходное состояние триггера становится равным логической единице. А при подаче единицы на вход K и нуля на вход J выходное состояние триггера становится равным логическому нулю. JK-триггер в отличие от RS-триггера не имеет запрещённых состояний на основных входах, однако это никак не помогает при нарушении правил разработки логических схем. На практике применяются только синхронные JK-триггеры, то есть состояния основных входов J и K учитываются только в момент тактирования, например по положительному фронту импульса на входе синхронизации.На базе JK-триггера возможно построить D-триггер или Т-триггер. Как можно видеть в таблице истинности JK-триггера, он переходит в инверсное состояние каждый раз при одновременной подаче на входы J и K логической 1. Это свойство позволяет создать на базе JK-триггера Т-триггер, объединив входы J и К.

Какое устройство позволяет построить реверсивный счётчик?

Реверсивные счетчики осуществляют подсчет сигналов как в прямом, так и в обратном направлении, т.е. они могут работать в режиме сложения и в режиме вычитания сигналов.

Для построения реверсивных счетчиков необходимо предусмотреть схемы пропускающие сигналы на вход следующих триггеров либо с инверсного /при суммировании/, либо с прямого /при вычитании/ выходов предыдущего триггера.

Асинхронные реверсивные последовательные счетчики на J-K-тpиггepax строятся аналогично реверсивным счетчикам на J-K- триггерах.

Поясните временную диаграмму работы счётчика Джонсона.

На рис. представлены временные диаграммы, поясняющие работу этого счетчика. При каждом изменении выходного сигнала триггера Q\ тактовый сигнал Н инвертируется, в результате чего возникают "иголки" - сигналы, имеющие значительно меньшую длительность по сравнению с периодом счетного сигнала х. Задержки между счетным сигналом х и выходными сигналами триггеров Qr не показаны, но длительность "иголок" сигнала Н определяется именно задержкой срабатывания триггера Q\ относительно фронта сигнала х .Счетчики, построенные таким методом, можно, в частности, использовать для получения сигналов Qr, имеющих скважность 2 при нечетном коэффициенте деления (модуле пересчета).Надежность работы счетчика не зависит от быстродействия входящих в него элементов, так как с помощью петли обратной связи с триггера Qj на ЛЭ сумма по модулю два производится автоматическое регулирование длительности каждой "иголки". Однако максимально допустимая частота счетного сигнала х, .имеющего скважность 2, уменьшается примерно в два раза, поскольку после появления "иголки" на переходный процесс отводится вдвое меньше времени, чем в обычном синхронном автомате (в некоторые моменты времени частота тактового сигнала Н удваивается). Из рис. видно, что модуль пересчета счетчика с управлением тактовым сигналом равен М - 1. = 3, где М = 4 - Модуль пересчета исходного счетчика Джонсона. "Иголки" появляются при каждом изменении управляющего сигнала Qj с 1 на 0 и с 0 на 1 (при значениях сигнала VQi = 1). С каждой "иголкой" связан сдвиг влево положительного фронта сигнала

Арифметико-логическое устройство.

Контрольные вопросы.

Назначение входа переноса в АЛУ.

Обычно АЛУ четырехразрядны и для наращивания разрядности объединяются с формированием последовательных или параллельных переносов. Логические возможности АЛУ разных технологий (ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ) сходны. В силу самодвойственности выполняемых операций условное обозначение и таблица истинности АЛУ встречаются в двух вариантах, отличающихся взаимно инверсными значениями переменных.АЛУ имеет входы операндов А и В, входы выбора операций S, вход переноса Ci и вход М (Моdе), сигнал которого задает тип выполняемых операций: логические (М = 1) или арифметико-логические (М = 0). Результат операции вырабатывается на выходах F, выходы G и Н дают функции генерации и прозрачности, используемые для организаций параллельных переносов при наращивании размерности АЛУ. Сигнал C0 — выходной перенос, а выход А = В есть выход сравнения на равенство с открытым коллектором.

Вход сигнала переноса выполняет те же функции, что и в любом сумматоре, и позволяет производить каскадное соединение схем АЛУ. Кроме того, он, используется для выполнения некоторых арифметических операций в дополнительном коде. Из таких операций наиболее часто производится вычитание. Для реализации этой операции необходимо получить обратный код вычитаемого, сложить его с уменьшаемым и добавить единицу.

Чем отличаются логические операции от арифметических операций?

Логические и арифметические операции отличаются тем, что в логических операциях вычисления производятся поразрядно (между собой взаимодействуют только одноименные разряды и переносов между разрядами нет). При выполнении арифметических операций в случае необходимости происходят переносы между соседними разрядами (от младшего разряда к старшему).Проиллюстрируем сказанное двумя примерами: логической операцией ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и арифметическим сложением. Обе операции выполняются по одинаковым правилам, но в арифметическом сложении допускается перенос между разрядами.Предположим, что имеется два десятичных числа A = 12D и B = 10D. В двоичной системе счисления эти числа имеют вид: A =1100B и B =1010B. В результате выполнения логической операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ получается четырехразрядное число 0110B. После выполнения арифметического сложения на выходе F появляется четырехразрядное число 0110B, а на шине Cn+1 присутствует логическая единица. Этот сигнал свидетельствует о возникновении переноса в пятый разряд, то есть в следующую старшую секцию восьмиразрядного АЛУ.

Как можно выполнить операцию инкремента?

Инкремент (увеличение) — операция увеличения на некоторую фиксированную величину, или же в некоторых случаях на изменяемую. Обратную операцию называют декремент (уменьшение).

R=Y+1 инкремент Y

Существуют операции присваивания с ОДНИМ оператором. Такие операции называются унарными именно потому, что имеют один операнд. От латинского слова Uno, что значит "один".

Это операции инкремента и декремента (или увеличения и уменьшения). Операторы этих операций выглядят соответственно так: ++ и -- . Что же они делают? При операции увеличения значение операнда увеличивается на 1, а при операции уменьшения - уменьшается на 1.

Допустим, есть переменная х. Мы хотим применить к ней операцию инкремента.

если вы точно уверены, что переменная ваша будет изменяться в большую или меньшую сторону только на 1, лучше будет использовать инкремент или декремент соответственно. И выглядеть это будет так:

х++ или х--

Операнд может быть целого или плавающего типа. В любом случае он будет увеличиваться (уменьшаться) на единицу. Тип результата соответствует типу операнда. Cуществует две формы рассматриваемых операций: префиксная и постфиксная. Если операторы ++ или -- записаны после переменной (так, как написано выше) - это постфиксная форма. При этом последовательно происходят следующие действия:

старое значение переменной сохраняется для использования в дальнейшем выражении, в котором встретилась эта переменная;

и только ПОСЛЕ этого ее значение СРАЗУ ЖЕ изменяется на 1.

Если эти операторы записаны перед переменной, вот так:

++х или --х,

то это префиксная форма. При этом последовательность действий такая:

СНАЧАЛА переменная изменяется на 1;

и только после этого используется в выражении.

Простейшие операции автоматически образуют "тандемы" для выполнения в АЛУ таких операций, как, например, инкрементирование 16-битных регистровых пар. В АЛУ реализуется механизм каскадного выполнения простейших операций для реализации сложных команд. Так, например, при выполнении одной из команд условной передачи правления по результату сравнения в АЛУ трижды инкрементируется СК, дважды производится чтение из РПД, выполняется арифметическое сравнение двух переменных, формируется 16-битный адрес перехода и принимается решение о том, делать или не делать переход по программе. Все перечисленные операции выполняются в АЛУ всего лишь за 2 мкс. Простейшая операция сложения используется в АЛУ для инкрементирования содержимого регистров, продвижения регистра-указателя данных и автоматического вычисления следующего адреса РПП.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении