Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 325
Скачиваний: 0
версальных с дополнительными элементами или ступенями за держки (см. § 4.7).
Кроме логических элементов и триггеров на таких же монтаж ных основаниях размещают и отдельные электро- и радиодетали, которые по различным причинам не могут быть выполнены по ин тегральной технологии. Применение деталей такой конструкции упрощает их монтаж на печатных платах совместно с интеграль ными схемами.
При проектировании систем элементов совместно работающие элементы согласуются по электрическим параметрам. Возможно сти совместного применения элементов системы в целом или их комплекса, составляющего ее часть, указываются в специально выпускаемых руководящих технических материалах (РТМ).ВРТМ содержатся: общие характеристики системы элементов или их ком плекса; перечень функциональных и принципиальных схем эле ментов, описание их работы, а также их основные технические и электрические параметры и характеристики, рекомендации по при менению элементов для построения схем типовых узлов, данные о конструкции типовых модулей.
Г л а в а V
УЗЛЫ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
§ 5.1. Регистры
Регистром называется узел, предназначенный для приема, хра нения и выдачи кода одного «-разрядного слова. Регистры ис пользуются также для преобразования последовательного кода слова в параллельный и, наоборот, для сдвига кода на определен ное количество разрядов вправо или влево, что бывает необходимо при нормализации чисел и выполнении над ними арифметических операций. В регистре для каждого разряда хранимого слова имеется один вход и один или два выхода, если слово должно выда ваться в прямом и в обратном кодах. Кроме того, предусматри ваются отдельные входы для сброса регистра в нулевое состоя ние и сдвига хранимого слова. Эти входы объединяются для всех разрядов регистра. Различают сдвигающие регистры, в которых возможен сдвиг хранимого слова, и регистры без сдвига.
Триггерные регистры без сдвига. На регистр без сдвига возла гаются функции приема, хранения и выдачи кода одного «-разряд ного слова. Эти функции сводятся к приему, хранению и выдаче
« однобуквенных слов xi (i= l, «), поэтому «-разрядный регистр без сдвига можно рассматривать как совокупность одноразрядных регистров, имеющих общие цепи сброса, а также цепи для подачи
сигналов, разрешающих прием |
и выдачу кода. |
В триггерных регистрах в |
качестве запоминающих элементов |
используются триггеры с кодовыми входами, так как при этом по лучается наиболее простая схема регистра.
Перед записью слова регистр сбрасывается в нулевое положе ние сигналом w, который поступает на нулевой вход всех тригге ров. Слово Х = хпхп~1 ... х ‘+'х'х'-' ... х2х \ которое необходимо за писать в регистр, подается в параллельном коде на входные схемы совпадения Hi и пропускается через них на единичные входы триг геров регистра при подаче управляющего импульса записи it. Со стояние регистра при хранении записанного в нем слова характе ризуется распределением статических сигналов на парафазных
151
выходах триггеров: |
если в t-ом разряде регистра |
записана |
1, то |
|
q' = 1, если записан |
0, то <7' = (). Выдача слова в прямом коде |
(че |
||
рез вентили прямого кода И2) или в обратном коде |
(через вентили |
|||
обратного |
кода И3) |
осуществляется соответственно сигналами е и v. |
||
Работу |
регистра |
без сдвига для t-го разряда (рис. 5.1) можно |
||
описать с помощью следующих уравнений: |
|
|
||
Сброс |
регистра |
ul0 = w. |
|
(5.1) |
|
|
|
||
Прием |
кода /t-разрядного слова |
|
|
|
|
|
и{ = х 1'к, (г = 1, /г). |
|
(5.2) |
|
Рис. 5.1. Триггерный регистр без сдвига |
|
||
Хранение |
информации |
|
|
|
|
я\+г |
= |
V |
(5.3) |
Выдача хранимого слова |
в прямом или обратном |
кодах |
||
= ' |
у 1= |
qlz\J~qlv. |
(5.4) |
|
Считывание кода хранимого слова может осуществляться мно гократно, так как вентили прямого и обратного кодов связаны со статическими выходами триггеров, которые при считывании не из меняют своего состояния. ,
152
Время, необходимое для записи числа в регистр, определяется временем задержки кодовых сигналов х { входными вентилями И( и временем переходных процессов в триггере
= |
+ ттгж 5 тз> |
(5-5) |
так как
Время считывания определяется временем задержки сигналов при прохождении через элементы И2 (или И3) и ИЛИ:
^сч = тНа “1“ ''или = |
^тэ> |
(5-6) |
где тэ — задержка выходного сигнала |
по отношению |
к входному, |
создаваемая типовым логическим элементом схемы. |
|
|
Триггерные сдвигающие регистры. Каноническое уравнение для
t-ro |
разряда сдвигающего регистра при сдвиге влево имеет вид |
||
[3, |
7] |
|
|
|
?/+1 = |
sq‘ V sq'~k, |
(5.7) |
где |
s — управляющий сигнал при сдвиге влево; |
|
|
|
k — число разрядов, на |
которое производится сдвиг. |
|
|
Каноническое уравнение при сдвиге вправо |
|
|
|
Qlt+\ = |
V rql+b, |
(5.8) |
где |
г — управляющий сигнал |
при сдвиге вправо. |
|
|
Триггерные сдвигающие регистры могут строиться как одно |
||
тактными (рис. 5.2, а), так и двухтактными (рис. 5.2,6), |
содержа |
||
щими линии задержки в межразрядных цепях. В схеме |
регистра |
||
(рис. 5.2, а) показаны цепи, обеспечивающие сдвиг слова |
как вле |
||
во, так и вправо. Статический сигнал с единичного выхода каж дого триггера регистра поступает на элемент И2, участвующий в сдвиге кода вправо, и на элемент И4, участвующий в сдвиге кода влево. С нулевого выхода триггера статический сигнал поступает на элементы Из (сдвиг вправо) и И5 (сдвиг влево).
Работу схемы рассмотрим на конкретном примере. Пусть в триг герах Тг‘+1, Тг', Тг' -1 регистра записан код 101 и его необходимо сдвинуть вправо на один разряд. В этом случае высокий потенциал будет на единичном выходе триггеров Тг'+|, Тг' -1 и на нулевом вы ходе триггера Тг1'. При подаче сдвигающего импульса он проходит через открытые вентили И2, связанные с единичными выходами триггеров Tri+I и Тг*-1, и устанавливает триггеры Тг‘ и Тг1'-2 (на схеме не показан) в единичное положение. Импульс г проходит также через элемент Ид, связанный с нулевым выходом триггера
Тг', устанавливая триггер Тг*-1 в нулевое положение. После про хождения сдвигающего импульса г состояние триггера Тг*+1 опре деляется тем, в каком положении находился триггер соседнего старшего разряда. Вследствие инерционности процессов при пере-
153
бросе триггера сдвигающий импульс успевает пройти через соот ветствующий элемент И, прежде чем триггер будет установлен в
противоположное положение. Отсюда |
видно, |
что за один период |
|||||
|
|
|
|
|
------0 S |
||
|
|
|
|
|
------0 Г |
||
«Ц1и } + ‘ |
-T \wz+' |
«4у ц |
u |
4 'n i |
чИГ' > |
|
|
^ Г “’ |
V2 . |
|
|
||||
|
,1+1 |
|
|
|
DriCsJ |
05 |
|
sl иг'- |
|
|
|
-5 Л J |
JtJ |
' |
Cl. |
|
|
|
|
o' |
|||
|
Di |
fO |
J ] |
|
|
|
Q |
|
71.4 |
|
|
|
|||
nl+/ |
qi+t |
|
|
|
|
|
|
Т г ir+t
, i - l |
, i + l |
f t
г"
%L + ,
_____
— U^r4 >l
IO+!
ТгC+I
T z L
f t f t
Т Т
Iх.°
а
Hh - I Lf>?/
pJ-T-U]№
чь .
“Н со
Т г L - f
iH 1-1
«0
l i f t |
, 0 m l L - Z I - г о |
?зря да |
*— — J— 0ov
1 7 ,
х ь~1
t 0
n ?
L r ^ r '
irlbT4>^
|
q t - i |
|
PO |
Т г L~’ |
|
R |
||
|
a |
A |
i f |
-0W
Рис. 5.2. Триггерные сдвигающие регистры:
а — однотактныП; б — двухтактны!!
[(такт) сдвигающих импульсов каждый триггер регистра перебра сывается только один раз, поэтому такие регистры называются однотактными. Сдвиг хранимого слова влево при подаче сдвигаю щего импульса s осуществляется аналогично. Для сдвига слова
154
на К разрядов влево или вправо необходимо подать соответствен но К импульсов s или г.
Уравнения входов для г-го разряда сдвигающего регистра имеют
вид |
|
и[ = х ‘жV ql+lr V q‘~is, |
(5.9) |
и0‘ = w V q l+1r V q‘~'s. |
(5.10) |
В АУ при выполнении арифметических операций часто возни кает необходимость при подаче одного сдвигающего импульса сдвигать код слова, записанного в регистре, сразу на два разряда. Для этого используются регистры со сдвигом на два разряда.
Например, в схеме регистра (рис. 5.2) |
для обеспечения |
сдвига на |
|
два разряда вправо выходы элементов |
ИНД И ^ 1, Щ, |
W3, |
W ~ 1 |
И^-1 соединяются соответственно со |
входами триггеров |
Tri_I, |
|
Тр-2, Тг1'-3.
Параллельный код слова преобразуется в последовательный код следующим образом. При подаче управляющего импульса it
сигналы л:1' (t= I, п) параллельного кода «-разрядного слова через элементы И) проходят на единичные входы соответствующих триг геров, предварительно установленных в нулевое положение, и в ре гистре фиксируется поданное на вход слово. После этого пода ются п сдвигающих импульсов г, в результате чего с единичного выхода триггера младшего разряда регистра снимаются сигналы, представляющие последовательный код слова. Частота этих сигна лов равна частоте сдвигающих импульсов.
В случае обратного преобразования сигналы последовательного кода слова, начиная обычно с младшего разряда, подаются на единичный вход триггера старшего разряда регистра. После записи кода младшего разряда слова в триггер старшего разряда реги стра подается первый сдвигающий импульс г, который сдвигает код на один разряд вправо, т. е. переписывает младший разряд слова в соседний справа триггер. Затем в триггер старшего раз ряда записывается код второго разряда слова и после окончания переходных процессов подается второй сдвигающий импульс и т. д. Таким образом, поочередная подача кодовых сигналов и сдви гающих импульсов обеспечивает продвижение кода вдоль регистра до тех пор, пока младший разряд слова не будет записан в триг
гер младшего разряда регистра. |
слова |
производится так же, как |
|
Выдача |
параллельного кода |
||
и в схеме |
регистра без сдвига |
(на рис. |
5.2, а элементы, обеспечи |
вающие выдачу кода, не показаны). Сброс регистра в нулевое состояние осуществляется импульсом, подаваемым в шину w.
В двухтактном сдвигающем регистре (рис. 5.2, б) используются только единичные выходы триггеров и число элементов И, участ вующих в сдвиге слова вправо или влево, сокращено вдвое. Име ются дополнительные элементы — линии задержки, число которых определяется разрядностью регистра. Нулевые входы всех триггеров
155