Описание лабораторной установки

Лабораторная установка выполнена в виде макета, структурная схема которого приведена на рис.3. Она содержит: арифметико-логическое устройство АЛУ; два буферных регистра БР1 и БР2; регистр результата операции в АЛУ, имитирующий аккумулятор МП; три регистра общего назначения РОН1-РОН3; мультиплексор М1; регистр команд, реализованный с помощью кнопочных переключателей с фиксацией (тумблеров); внешний вход, информация на который в двоичной форме выдается с кнопочных переключателей; дешифраторы команд ДШК1 и ДШК2; устройство управления выполнением операций УУВО, вырабатывающее тактовые сигналы с помощью двух кнопок; устройства двоичной индикации И1-И3 содержимого БР1, БР2 и РР, выполненные на светодиодах.

Рис.3

Переключатели, кнопки и индикаторы расположены на передней плате макета, а интегральные схемы, реализующие обрабатывающую часть МП, на печатной плате, размещенной внутри макета.

В макете применено стандартное четырехразрядное АЛУ на основе микросхемы К 155ИПЗ, схема которой представлена на рис.4.

C 1	AL
A 0 B0
		F0 F1 F2 F3
A 1 B1
A 2 B2
A 3 B3
		P0
M S0 S1 S2 S3

Рис.4

Микросхема содержит две входные (А и В) и одну выходную (F) четырехразрядные шины. Информация, поступающая со входных шин А и В, обрабатывается в АЛУ в соответствии с кодом операции, поступающим на управляющие входы S0-S3, M и C1. Результат операции в двоичном коде появляется на выходной шине F почти мгновенно. Задержка выходных сигналов по отношению к входным не превышает нескольких десятков наносекунд. Перечень реализуемых рассматриваемой АЛУ логических и арифметических функций приведен на таблице 1, в которой приняты следующие обозначения: -операция логического сложения (или); -операция логического умножения (и);-операция «исключающее ИЛИ»(сложение по модулю 2); «+»-операция сложения; «-»-операция вычитания.

Макет, структурная схема схеме которого представлена на рис.3, позволяет реализовать все логические и арифметические операции над данными А и В. Операнд А поступает в АЛУ с буферного регистра БР1, операнд В-с БР2. В буферные регистры информация заносится либо с внешнего входа, либо с выхода любого РОН. Это достигается благодаря мультиплексору М1. Входы буферных регистров БР1 и БР2 соединены со входами мультиплексора М1, а на входы М1 поступает информация от четырех источников: РОН1-РОН3 и внешнего входа.

Блок управления в лабораторном макете имитируется с помощью двух кнопок («2⁰» и «2¹») для выбора номера РОН, с помощью кнопки «БР»-для выбора номера БР, с помощью шести кнопок-для выбора кода операции (четыре кнопки S₀,S₁,S₂,S₃, кнопка M и кнопка C1). Все указанные кнопки работают с фиксацией положения. В блоке управления для выполнения операций УУВО имеются две кнопки (Т1 и Т2) без фиксации. Результат операции АЛУ хранится в регистре результата и может быть записан в любой из РОН.

Код операции (выбор функции)				Арифметические операции М=0		Логические операции М=1
S3	S2	S1	S0	C1=1	C1=0
1	1	1	1	F=A-1	F=A	F=A
0	0	0	0	F=A	F=A+1	F=Ā
1	0	1	0	F=(AB)+(AB)	F=(AB)+(AB)+1	F=B
0	1	0	1	F=(AB)+(AB)	F=(AB)+(AB)+1	F=B
0	0	1	1	F=1111	F=0000	F=0000
1	1	0	0	F=A+A	F=A+A+1	F=1111
1	0	1	1	F=(AB)-1	F=AB	F=AB
0	1	0	0	F=(AB)+ A	F=A+(AB)+1	F=AB
0	1	1	1	F=(AB)-1	F=AB	F=AB
0	0	1	0	F=AB	F=(AB) +1	F= Ā B
1	1	1	0	F=(AB)+ A	F=(AB)+ A+1	F=AB
0	0	0	1	F=AB	F=(AB)+1	F=AB
1	1	0	1	F=(AB)+ A	F=(AB)+ A+1	F=AB
1	0	0	0	F=A+(AB)	F=A+(AB)+ 1	F=AB
0	1	1	0	F=A-B-1	F=A-B	F=AB
1	0	0	1	F=A+B	F=A+B+1	F=AB

Принципиальная схема макета выдается студентам во время проведения лабораторной работы. В лабораторном макете устройство управления выполнением операций УУВО вырабатывает два тактовых сигнала после нажатия кнопок «Запись в БР» или «Операция АЛУ и запись в РОН» Кнопка «Запись в РОН» (Т1-на принципиальной схеме) вырабатывает тактовый сигнал, который поступает на дешифратор команд ДШК2 и затем воздействует на вход синхронизации буферного регистра БР1 или БР2. Кнопка «операция АЛУ и запись в РОН» (Т2-на принципиальной схеме) вырабатывает тактовый сигнал второго типа, воздействующий на входы РОН (через дешифратор ДШК1) и вход регистра результата РР.

В лабораторном макете машинный цикл состоит из одного или из двух тактов, причем цикл, состоящий из одного такта, может включать любой из них, а цикл из двух тактов выполняется в следующей последовательности: «Запись в БР», «Операция в АЛУ и запись в РОН», то есть в одном цикле каждая кнопка (Т1 или Т2) может включаться только один раз. Для примера рассмотрим выполнение команды «Сложить содержимое РОН1 и РОН2 с занесением результата в РОН3». Такт 1 – выбор регистра РОН1,чтение содержимого РОН1, то есть прием этой информации на БР1. При выборе регистра РОН1 нажимается только кнопка «ити» , кнопка «ити» отжата. Для чтения содержимого РОН1 и пересылки его в БР1 нажимается кнопка БР. Затем нажимается кнопка Т1. Содержимое БР1 отображается на индикаторе И1. Такт – 2 выбор регистра РОН2, чтение содержимого РОН2, то есть прием этой информации на БР2. При выборе регистра РОН2 нажимается только кнопка «2¹». Кнопка «2⁰» отжата. Для чтения содержимого РОН2 и пересыпки его в БР2 добиваются, чтобы кнопка БР находилась в верхнем (отжатом) состоянии. Затем посылается тактовый импульс записи в буферный регистр при нажатии кнопки Т1.Такт 3 – сложение в АЛУ содержимого БР1 и БР2, то есть прием результата операции в РР выбор регистра РОН3, запись в РОН3 содержимого РР. Результат сложения появляется на выходе АЛУ практически мгновенно, как только будет набран с помощью четырех кнопок, S₃ ,S₂, S₁, S₀, код операции (S₃ ,S₂, S₁, S₀ =1001) и отжаты кнопка М(М=0) и кнопка С1(С1=0). Для записи результата сложения в РР и в РОН3 нажимаются обе кнопки “2⁰” и “2¹” и подается тактовый сигнал записи информации в РР и в РОН3 с помощью кнопки Т2. Результат операции можно было бы записать в любой РОН, например в РОН2 или в РОН1. При этом прежнее содержимое этого РОН стирается и заменяется новым результатом операции АЛУ.