книги из ГПНТБ / Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ

Рис. 2.33. Структурная схема регистра со сдвигом кода чис­ ла в сторону старших разря­ дов.

Регистр со сдвигом в сторону младших разря­ дов. Обобщенная таблица переходов и функций воз­ буждения (табл. 2.14) для регистра со сдвигом в сто­ рону младших разрядов составляется аналогично рассмотренной выше с учетом продвижения кода числа в сторону младших разрядов. На основании полученной таблицы со­

ставляются выражения для функций возбуждения:

при CLi— 1

На рис. 2.34изображена структурная схема регист­ ра со сдвигом в сторону младших разрядов, построенная

в соответствии с полученными выражениями, а так же входные цепи регистра и цепи установки в состоя­ ние «О».

Регистр со сдвигом в сторону старших и младших разрядов. Используя полученные выше выражения

120

Схему, реализующую выражения (2.65) и (2.66), чи­ тателю предлагается построить самостоятельно.

Рис. 2.34. Структурная схема регистра со сдвигом кода числа в сто­ рону младших разрядов.

Синтез счетчиков. При синтезе счетчиков в качестве элементарного автомата используем Г-триггер, матрица переходов которого имеет вид

Суммирующий счетчик. Обобщенная таблица перехо­ дов и функций возбуждения суммирующего счетчика со­ ставляется согласно условиям работы счетчика и матри-

121

Та б л и ца 2.15

роить счетчики с групповыми или сквозными переноса­ ми. Счетчик с групповым переносом имеет высокое быст-

122

родейстпие, но для его реализации требуются многовходовые элементы И. При использовании в цепи пере­ носов МЭ на переключателях тока (рис. 1.29) можно построить по тем же формулам (2.67) —(2.69) быстро­ действующий суммирующий счетчик со сквозным пере­ носом (рис. 2.35). Время счета в этом случае зависит от времени распространения сигналов переносов в цепи сквозного переноса.

Вычитающий счетчик. Обобщенная таблица перехо­ дов и функций возбуждения вычитающего счетчика со­ ставляется аналогично таблице суммирующего счетчика (табл. 2.16). На основании табл. 2.16 можно записать

следующие равенства:

xQ),

Структурная схема вычитающего счетчика со сквоз­ ным переносом приведена на рис. 2.36.

Синтез сумматора последовательного действия. Сум­ матор последовательного действия предназначен для сложения двух п-разрядных двоичных чисел, представ­ ленных в последовательном коде. На входы сумматора последовательного действия в каждом рабочем такте поступают сигналы, соответствующие значениям i-x раз­ рядов двух слагаемых, и сигнал переноса Сг, получен­ ный в предыдущем такте при суммировании (i—1)-х разрядов слагаемых и переноса с,_t из (/—2) -го разря­

123

да. Таким образом, для построения сумматора последо­ вательного действия достаточно иметь одноразрядный сумматор, дополненный цепью обратной связи. Цепь обратной связи нобходима для подачи сигнала переноса (с;+1) с выхода одноразрядного сумматора на его вход.

Так как структура одноразрядного сумматора извест­ на (р,ис. 2.10), проведем синтез цепи обратной связи для сигнала переноса. Цепь обратной связи имеет два состояния (отсутствие и хранение переноса), и поэтому для ее синтеза достаточно иметь один элементарный автомат. Для построения двух вариантов цепи обратной связи в качестве элементарного автомата возьмем эле­ мент задержки и ^-триггер.

Ниже приводится таблица переходов и функций воз­ буждения для цепи обратной связи (табл. 2.17), состав­ ленная согласно матрицам переходов элементарных автоматов и правилам образования переноса при сложе­ нии двух двоичных чисел X и Z.

Из табл. 2.17 видно, что функция возбуждения q, составленная на основании матрицы переходов элемента задержки, равна функции переноса Cj+i, т. е. q= Ci+i.

На рис. 2.37 изображена структурная схема сумма­ тора последовательного действия с использованием эле­ мента задержки в цепи обратной связи. Время задержки сигнала переноса в цепи обратной связи должно быть равно периоду следования тактовых импульсов. При

124

Цепь обратной связи Для вычитателя последовательного действия строится аналогичным образом.

Если предусмотреть цепи переключения сигналов пе­ реноса и займа, то на базе одноразрядного сумматоравычитателя (рис. 2.10) можно построить сумматор-вычи- татель последовательного действия (рис. 2.38). При по­ даче сигнала <2СЛ осуществляется сложение чисел X и Z,

а при подаче сигнала фвып— вычитание. В качестве эле­ мента задержки в цепи обратной связи здесь исполь­ зуется ^-триггер.

Синтез накапливающего сумматора параллельного действия. Накапливающий сумматор параллельного дей­ ствия предназначен для выполнения операции сложения чисел, представленных параллельным кодом, с одновре­ менным запоминанием результата. Для построения на­ капливающего сумматора параллельного действия необ­ ходимо иметь одноразрядные сумматоры накапливаю­

ного сумматора с обратной связью (рис. 2.39) подается соответствующий разряд слагаемого, а на вход 2 —

125

перенос из соседнего младшего разряда сумматора. По цепи обратной связи на входы сумматора подается сиг­ нал его состояния. На выходах сумматора накапливаю­ щего типа формируются сигналы суммы S (S) и пере­ носа С.

Определим функцию возбуждения q для цепи пере­ носа накапливающего сумматора параллельного дейст­ вия. На основании правил сложения двоичных чисел

Рис. 2.39. Структурная схема одноразрядного сумматора — вычитателя накапливающего типа (а) и его обозначение {б).

составим обобщенную таблицу переходов и функций возбуждения q для двух разрядов сумматора

(табл. 2.18).

Функции возбуждения цепи переноса сумматора име­ ют следующий вид:

126

q ^ x xx 2Q\Q] V :2Q\Q] \J x .x & ^ V x.x&jQj V

V x ,x2Q)Q^V x ,x 2Q'tQ^ = x 2Q] V x ,x 2Q\C?t \J

V *,x2Q ^ = x 2Qr V jc,Q ^ V -V.XoQ) =

Аналогично можно записать функцию возбуждения для 1-го разряда сумматора:

qi — qi-i#.Q t # x i-

Схема накапливающего сумматора параллельного действия со сквозным переносом, построенная в соот-

ветствии с выражениями (2.70) и (2.71), приведена па рис. 2.40 (пунктиром показан вариант построения па­ раллельного сумматора с последовательным переносом). Для повышения быстродействия сумматора, схема кото­ рого показана «а рис. 2.40, в цепь сквозного переноса рекомендуется ставить быстродействующие МЭ.

Синтез накапливающего вычитателя параллельного действия. Обобщенная таблица переходов и функций возбуждения накапливающего вычитателя параллельно­ го действия составляется с учетом правил вычитания двоичных чисел (табл. 2.19).

127

Аналитические выражения для функций возбужде­ ния, найденные с помощью табл. 2.19, имеют вид:

определяется аналогичным образом.

qi = q t - i^ Q lt *Xi.

Схема накапливающего вычитателя параллельного дей­ ствия со сквозным займом приведена на рис. 2.41.

Используя выражения (2.70) — (2.73), можно пост­ роить накапливающий сумматор-вычитатель параллель­ ного действия.

Синтез программных датчиков. Программные датчи­ ки предназначены для формирования серии рабочих импульсов, с помощью которых осуществляется синхро­ низация работы узлов и устройств ЦВМ. Рассмотрим порядок синтеза программных датчиков.

128

Пусть требуется построить программный датчик, формирующий три рабочих импульса. Временная диа­ грамма работы такого датчика представлена на рис. 2.42. В качестве элементарного автомата выберем триггер с раздельными входами, матрица переходов которого приведена на стр. 119. На основании диаграммы ра-

п п ...д ___ □Л---- U□---^

t

боты программного датчика и матрицы переходов вы­ бранного элементарного' автомата составим таблицу переходов и функций возбуждения заданного узла

(табл. 2.20).

Выражения для функций возбуждения элементарных автоматов имеют вид: