Лабораторная работа № 7 «Построение и исследование универсального и сдвигового регистров в периферийных устройствах.»

Цель работы: Получить навыки работы с регистрами.

Краткие теоретические сведения:

Регистром называется устройство, осуществляющее прием, хранение преобразование и выдачу чисел в двоичном коде. Информация в регистре хранится в виде числа. Он включает в себя отдельные триггеры, количество которых соответствует числу разрядов двоичного кода и логические элементы.

Регистры выполняют ряд микроопераций над словами:

1. Прием слова в регистр в прямом и обратном коде, данные хранятся в регистре пока не появится команда на их смену.

2. Выдача слова из регистра в прямом и обратном коде.

3. Выполнение поразрядных логических операций над несколькими словами.

4. Сдвиг кода вправо или влево на требуемое число разрядов, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот.

По способу записи и считывания кода числа в регистре следует различать параллельные и последовательные регистры:

Параллельный регистр. В параллельных регистрах операции записи и считывания информации осуществляются во всех разрядах одновременно. Схема трехразрядного регистра на D-триггерах, построенного в пакете Electronics Workbench, приведена на рисунке 1. Информация поступает в виде параллельного кода, т.е. все разряда одновременно по n (n=3) проводам. Таким образом информация в параллельном регистре хранится в параллельном коде, поэтому параллельный регистр называют регистром памяти. Информация, считываемая с выходов триггеров, проиллюстрирована на временной диаграмме (см. рисунок 2).

Рисунок1 - Схема параллельного регистра

Рисунок2 - Диаграмма работы параллельного регистра

Последовательный регистр. В последовательных регистрах запись кода числа начинается с первого разряда путем последовательного продвижения информации с помощью тактовых импульсов. Схема трехразрядного последовательного регистра, выполненного на D-триггерах, приведена на рис3. Временная диаграмма, иллюстрирующая работу регистра показана на рис4. Записываемое число поступает по одному входу в виде последовательного кода, т.е. значение разрядов передаются последовательно тому как мы прочитываем много разрядное число, например: “тысяча триста сорок два” - 1342. В общем виде: n-разрядный регистр запоминает n-разрядное число за n-тактовых импульсов. Поступивший на вход последовательный код преобразуется в регистре в параллельный код: число может быть считано с выходов триггеров. С поступлением каждого тактового импульса записанная информация сдвигается в регистре (движение от входа к выходу), поэтому последовательный регистр называют регистром сдвига.

Рисунок 3 - Схема последовательного регистра

 

Рисунок 4 - Диаграмма работы последовательного регистра

Сдвиг информации на один разряд равнозначен умножению кода на 2. Например, записано число 101 (в десятичном коде 5), сдвигаем его на один разряд влево и получаем 1010 (десятичном коде 10). Информация, записанная в последовательном регистре, может быть считана с выхода его старшего разряда в виде последовательного кода: если после записи в регистр числа вновь подать тактовые импульсы, число поразрядно будет прочитываться на выходе старшего разряда и оттуда может быть передано к другим считывающим цепям.

Для хранения и обработки информации в микро-Эвм широко используются сдвиговые регистры. Сдвиговые регистры обычно реализуются на СИС-устройствах, выполненных с применением RS-, JK- или D – триггеров, и различия между ними связаны главным образом с методом обработки входных и выходных данных.

Задания:

1. Изучить теоретические сведения

2. По заданию преподавателя выполнить свой вариант задания

3. Защитить отчет

Отчет должен содержать:

- титульный лист;

- цель работы;

- порядок выполнения;

- индивидуальное задание.

Варианты заданий:

номер варианта	Вид 5-ти разр. регистра	Занесение	Вывод	Сдвиг
1	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
2	RS	последовательное	параллельное	влево на 4
3	RS	последовательное	параллельное	вправо на 2
4	D	последовательное	параллельное	влево на 3
5	RS	последовательное	параллельное	влево на 2
6	D	параллельное	последовательное	влево на 2
7	D	последовательное	параллельное	вправо на 2
8	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
9	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
10	RS	параллельное	последовательное	вправо на 3
11	JK	последовательное	параллельное	влево на3
12	JK	последовательное	параллельное	вправо на 2
13	D	параллельное	последовательное	влево на 2
14	D	последовательное	параллельное	влево на 3
15	RS	последовательное	параллельное	влево на 2
16	RS	параллельное	последовательное	вправо на 3
17	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
18	RS	последовательное	параллельное	вправо на 2
19	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
20	D	последовательное	параллельное	вправо на 2
21	D	последовательное	параллельное	влево на 3
22	JK	параллельное	последовательное	вправо на 4
23	JK	последовательное	параллельное	влево на 3
24	RS	последовательное	параллельное	влево на 2
25	RS	параллельное	последовательное	вправо на 2

Основная литература: 1 [145-250]; 2 [138-178]; 3 [97-104, 113-119];

Дополнительная литература: 1 [122-135]; 2 [156-189];

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначен регистр как функциональный узел ЭВМ?

2. На основе чего строятся регистры и могут ли регистры осуществлять сдвиг информации?

3. Какие логические операции можно выполнять на регистрах и можно ли выполнять сдвиг информации на заданное количество разрядов?

4. По способу записи-считывания различают регистры?

5. По фазности поступающей и выдаваемой информации различают регистры?

6. Могут ли комбинированные регистры проводить операции с однофазным занесением, парафазной выдачей и с парафазным занесением, однофазной выдачей?

7. По способу тактирования различают регистры?

8. Базовые схемы регистров.

Задание:

1. Используя пакет Electronics Workbench спроектировать схемы на основе элементов и проанализировать работы регистров.

2. Составить отчет о выполнении лабораторной работы в MS Word -  Схемы регистров. -  Временные диаграммы работы регистров.

Задания выполняются соответственно по вариантам:

1. Построить четырех разрядный последовательный регистр;

2. Построить четырех разрядный параллельный регистр;