Файл: Дроздов Е.А. Многопрограммные цифровые вычислительные машины.pdf

объединяются и подключаются к шинам, по которым подаются сдвигающие импульсы (г, s) и импульсы сброса в нулевое поло­ жение (до). В общем случае при подаче одного сдвигающего импульса каждый триггер регистра перебрасывается дважды. Сна­ чала (в первом полутакте) он устанавливается в нулевое положе­ ние, а затем (во втором полутакте) вновь возвращается в единич­ ное положение, если на его единичный вход поступает импульс переноса из соседнего старшего или соседнего младшего разряда.

Если, например, необходимо код слова 111, записанного в триг­ герах Тг1+1, Тг’, Тг’-1 регистра, сдвинуть на два разряда вправо, то для этого подаются два импульса г. Первый сдвигающий им­ пульс проходит через открытые вентили И[+1, И(, И'-1 и далее

в линии задержки. Этот же импульс поступает на нулевые входы триггеров и перебрасывает их из единичного в нулевое положе­ ние. Сдвигающий импульс успевает пройти через вентили до того, как вследствие переброса триггера на его единичном выходе нач­ нет падать потенциал. Пройдя через линии задержки, сдвигающий импульс, представляющий собой импульс переноса, поступает на единичные входы триггеров Тг’-1, Тг’-2 (последний на схёме не показан) и устанавливает их в положение кода 1. Линии задерж­ ки в схеме регистра обеспечивают задержку импульсов на время, необходимое для окончания в триггерах переходных процессов, вы­ званных сдвигающим импульсом при поступлении его на нулевые входы триггеров. Таким образом, после окончания действия пер­ вого сдвигающего импульса код слова 111 оказался сдвинутым на один разряд вправо: код 1 из триггеров Тг1-1, Тг’, Tri+I переписан соответственно в триггеры Тг1-2, Тг’-1, Тг», а триггер Tri+1 уста­ новлен в нулевое положение.

Второй сдвигающий импульс проходит через вентили И), И')-2, связанные с триггерами Тг1', Тг’-1, Тг’-2, и не проходит через вентиль №+’, связанный с триггером Тг’+1, так как на его еди­

ничном выходе низкий потенциал. Вследствие этого после оконча­ ния всех, переходных процессов код слова сдвигается еще на один разряд вправо.

Таким образом, в двухтактных сдвигающих регистрах частота переброса каждого триггера вдвое больше частоты сдвигающих импульсов.

Упрощение схемы двухтактного регистра (на рис. 5.2,6 цепи, обеспечивающие прием и выдачу кода слова, не показаны) по сравнению с однотактным достигается за счет уменьшения быстро­ действия. Действительно, в однотактном регистре время сдвига «ода на п разрядов вправо или влево определяется по формуле

В двухтактном регистре, если принять, что тл.з+тэ = ттт (тл.з — время задержки сигнала в линии задержки),

156

т. е.

двухтактном регистрах (для сдвигающих импульсов s имеем

Та\=-ТГ], Ts2=Tr2).

У схем регистров на интегральных логических элементах нет принципиальных отличий от рассмотренных схем. Однако некото­ рые особенности имеются и вызваны они, главным образом, тем, что современные комплексы интегральных логических элементов, как правило, не содержат элементов И, ИЛИ, НЕ, а состоят из универсальных элементов И — ИЛИ — НЕ, И — НЕ, ИЛИ — НЕ. Поскольку каждый из таких универсальных элементов является инвертирующим, необходимо изменение входных цепей регистра. С вариантами построения схем регистров на потенциальных эле­ ментах в интегральном исполнении можно познакомиться, напри­ мер, в [24].

§ 5.2. Счетчики

Счетчиком называется узел, обеспечивающий подсчет поступаю­ щих на его вход импульсов. В счетчике имеется один вход X и п выходов (уп, уп~1, ..., г/1), число которых определяется из соот­ ношения

причем п округляется в большую сторону до целого числа. В урав­ нении (5.13) величина Кеч называется коэффициентом пересчета или модулем счета.

В ЦВМ счетчики применяются в устройствах управления для формирования адреса ячеек запоминающих устройств, в которых хранятся команды и программы, в аналого-цифровых преобразо­ вателях для фиксации получаемого кода, во внешних устройствах и т. д.

Различают счетчики суммирующие, вычитающие и реверсивные. В суммирующих счетчиках счет производится в прямом направле­ нии, т. е. в направлении сложения поступающих на вход импуль­ сов с тем числом, которое до этого хранилось в счетчике. Вы­ читающие счетчики вычитают число поступивших импульсов из начального числа. В реверсивных счетчиках имеется схема переклю­ чения, которая по управляющим сигналам переключает счетчики на работу либо в режиме сложения, либо в режиме вычитания.

Наиболее распространенными являются триггерные счетчики на статических триггерах со счетным входом. Для построения счет­ чиков применяются также динамические триггеры, феррит-транзи- сторные и феррит-диодные ячейки.

157

Суммирующий и вычитающий счетчики. Суммирующий счетчик (рис. 5.3, а) составляется из последовательно соединенных тригге­ ров, каждый из которых служит для представления одного разря­ да фиксируемого в счетчике числа. Используются только единич­ ные выходы триггеров. Связь единичного выхода триггера (i— 1)-го разряда со счетным входом триггера i-ro разряда осу­ ществляется через дифференцирующую цепь Д.

а

6

Рис. 5.3. Триггерные счетчики:

а — суммирующий; б — вычитающий

Импульсы, подлежащие счету, подаются на счетный вход триг­ гера младшего разряда Тг1, который является входом X для всего счетчика. Первый импульс переводит триггер Тг1 в состояние 1, причем на его единичном выходе имеет место положительный пере­ пад напряжения, а на входе триггера Тг2— положительный им­ пульс, который не изменяет состояния последнего (полагаем, что для триггеров пусковыми являются импульсы отрицательной по­ лярности). Второй входной импульс переводит триггер Тг1 из еди­ ничного положения в нулевое. При этом на входе триггера Тг2 появляется импульс переноса отрицательной полярности, устанав­ ливающий его в единичное положение. Таким образом, после окон­ чания переходных процессов в триггерах, вызванных вторым вход­ ным импульсом, показание счетчика будет 010. Легко убедиться,

158

что после третьего входного импульса показание счетчика будет 011, после четвертого — 100 и т. д. Всякий раз при перебросе триггера из положения 1 в положение 0 на его единичном выходе возникает импульс переноса в триггер соседнего старшего раз­ ряда.

Триггер ТгI перебрасывается в противоположное состояние с приходом каждого входного импульса, триггер Тг2 — с приходом каждого второго входного импульса, триггер ТгЗ — с приходом каждого четвертого импульса и т. д. Если суммирующий счетчик имеет п разрядов, то лишь после подачи 2п входных импульсов на единичном выходе триггера старшего разряда уп появляется первый сигнал. Следовательно, коэффициент пересчета такого счет­ чика равен 2".

К о э ф ф и ц и е н т о м п е р е с ч е т а счетчика Кеч называется отношение частоты импульсов, подаваемых на его вход, к частоте импульсов, образующихся на выходе уп.

Счетчик, у которого /(Сч = 2п, имеет 2" устойчивых состояний. Для трехразрядного суммирующего счетчика {Ксч= 8) эти состоя­ ния могут быть выражены возрастающей последовательностью

Считывание числа, записанного в счетчике, осуществляется так же, как и в регистрах, т. е. в прямом коде с единичных выходов

соединяется не с единичным, а с нулевым выходом триггера Тг!'-1. Импульс переноса в триггер Тг‘ появляется при переходе тригге­ ра Tri_1 из нулевого положения в единичное. Каждый входной импульс уменьшает показание вычитающего счетчика на единицу. Если, например, в счетчике записано число 100, то первый входной импульс перебрасывает триггер Тг1 из нулевого в единичное поло­ жение. Возникающий на его выходе импульс переноса переводит триггер Тг2 также в единичное положение. Наконец, образован­ ный в результате переброса триггера Тг2 импульс переноса пере­ водит триггер ТгЗ из единичного положения в нулевое. После окон­ чания переходных процессов показание счетчика будет 011. Вто­ рой входной импульс уменьшает показание счетчика еще на еди­ ницу и т. д. Если на вход вычитающего счетчика, находящегося в нулевом положении, подать импульс, то все его триггеры уста­ навливаются в положение 1.

Быстродействие суммирующего и вычитающего счетчиков огра­ ничивается максимальной скоростью переброса триггера младшего разряда и зависит, кроме того, от времени передачи импульсов переноса по цепи счетчика. В худшем случае, когда имеет место последовательная передача импульсов переноса от младшего

159

разряда к старшему, время установления счетчика равно иттгПовышение быстродействия счетчика достигается применением цепей, обеспечивающих параллельную передачу импульсов пе­ реноса.

Счетчики с параллельной передачей импульсов переноса. Идея построения счетчиков с параллельной передачей импульсов пере­ носа, иначе называемых счетчиками со сквозным переносом, осно­ вана на следующей особенности сложения двоичных чисел: если к некоторому двоичному числу прибавляется единица младшего разряда, то сумма может быть получена заменой первого нуля (считая справа налево) единицей, а всех единиц, стоящих справа от этого нуля, нулями. Например,

, 10010111

+_____ 1

10011000

В первом слагаемом первый стоящий справа нуль находится в четвертом разряде. Заменяя этот нуль единицей, а предшествую­ щие ему единицы нулями, получим сумму, которая на единицу больше первого слагаемого.

Счетчики с параллельной передачей импульсов переноса могут быть двух вариантов (рис. 5.4). В первом из них статические сиг­ налы, характеризующие состояние триггеров младших разрядов, передаются в цепи всех старших разрядов. Для этого единичный выход триггера данного разряда через схемы совпадения И связы­ вается со счетными входами триггеров всех старших разрядов.

Пусть в счетчике (рис. 5.4, а) записано число ООП, т. е. триг­ геры Тг1 и Тг2 находятся в единичном положении, при котором на их левом выходе будет высокий потенциал, удерживающий схе­ мы И2 и И3 открытыми для прохождения входного импульса. При подаче входного импульса он одновременно (если пренебречь за­ держкой в схемах совпадения) проходит на счетные входы тригге­ ров Тг1, Тг2, ТгЗ, перебрасывая их в противоположное состояние. Через схему И4 импульс не проходит, так как первоначальное по­ ложение триггера ТгЗ было нулевым и, следовательно, сигналом низкого уровня на его выходе схема И4 удерживалась в закрытом состоянии. Входной импульс успевает пройти через схемы И2 и И3,

I Время установления счетчика практически равно времени перехода триггера из одного состояния в другое.

Для момента времени t уравнения входов триггеров счетчика

16Q