книги из ГПНТБ / Основы вычислительной техники учебник

Запись числа производится путем последовательной подачи кодовых сигналов, начиная с младшего разряда, на вход ре­ гистра. Этот вход связан с установочным входом S триггера старшего разряда Т„ в состояние «1».

Сдвиг осуществляется сигналом, .поданным ,н.а шину «Сдвиг», связанную с конъюнкторами. Кодовые сигналы с .выходов конъюнкторов поступают на элементы задержки .и далее на входы 5 установки триггеров в состояние «1». Одновременно сигнал сдвига через элемент задержки поступает на шину уста­ новки триггеров в состояние «О». Время задержки этого эле­ мента меньше .времени задержки других! элементов, поэтому прежде, чем кодовые сигналы переноса .поступят на входы 5 триггеров, под действием сигнала сдвига они установятся в исходное состояние «О». Для записи в сдвигающий регистр «-разрядного числа потребуется п сигналов сдвига.

В рассмотренной схеме сдвигающего регистра реализован однофазный принцип .передачи информации, который характе­ ризуется тем, что в разрядных триггерах используется только один выход.

Передача информации между разрядами сдвигающего ре­ гистра может также осуществляться по парафазному принципу. В этом случае в схеме .исключаются элементы цифровой задерж­ ки и не требуется .предварительной установки триггеров .регист­ ра в состояние «О».

.На рис. 13.4 приведена схема однотактного, .парафазного сдвигающего регистра, выполненная на основе потенциальных триггеров ^5-типа.

Сдвиг

(Т)

Так же как и в однофазной схеме, все разряды регистра соединены последовательно, а тактирующие входы всех разря­ дов объединены на общую шину «Сдвиг», являющуюся так­ товым входом регистра.

Сигналы, соответствующие кодам разрядов числа, подаются на входы 1 и 2 регистра, устанавливая триггер старшего .разряда Тл в состояние «О» или «1».

Сдвиг разрядов числа производится тактовыми сигналами, подаваемыми на шину «Сдвиг». В зависимости от состояния

350

триггеров на_выходы конъюнкторов передаются кодовые сиг­

налы Q шш Q, соответствующие 0 и 1.

Под действием этих сигналов триггеры регистра в каждом такте принимают состояния соседних триггеров старшего раз­ ряда в предыдущем такте.

Таким образом, каждый поступивший тактовый импульс обеспечивает сдвиг кода имела в регистре на один разряд впра­ во, и для записи л-разряд.ного кода потребуется п тактовых импульсов.

Параллельно-пйследовательные регистры. Регистры парал­ лельно-последовательного типа сочетают в себе свойства сдви­ гающих и параллельных регистров, они позволяют записывать числа как последовательно, так и параллельно.

Однофазные параллельно-последовательные регистры могут

ного регистра приведена на рис. 13.5. Схема выполнена на основе двухвходовых тактируемых D-триггеров и может быть применена для последовательной и параллельной записи одного числа. Сдвиг информации в регистре >и запись кода числа, по­ ступающего на вход N, осуществляется серией последователь­ ных тактовых импульсов Ти Т2, ..., Т„, т. е. в схеме применен принцип многотактного последовательного сдвига информации.

Запись inapалдельного «ода числа, подаваемого на входы 1—/V, осуществляется при помощи тактирующего импульса Та.

Вход 2 Вход <

Рис. 113.5.

После записи в регистр числа параллельным кодом можно с помощью серий сдвигающих импульсов Тх— Тп получить по­

следовательный «од на выходах Qi и Ch регистра, т. е. выполнить операцию преобразования параллельного кода числа в последо­ вательный.

Используя вход N и выходы разрядных триггеров Qx— Q п

(Qi—Q J , можно произвести обратную операцию, т. е. преобра­ зовать последовательный код числа в параллельный.

Регистры могут быть построены не только на потенциаль­ ных триггерных элементах, но и на элементах импульсного типа.

351

Примером может .служить параллельно-последовательный ре­ гистр «а феррит-транзнсторных ячейках, схема которого изо­ бражена на рис. 13.6.

Схема состоит из двух групп ячеек: основных (Я 1, Я2, ЯЗ) п вспомогательных (Я4, Я5, Я6). Она может выполнять функции параллельного и сдвигающего регистров.

Для записи числа параллельным кодом используются входы 1—3. В зависимости от значений кодовых сигналов, подаваемых на эти входы, ячейки Я1—ЯЗ устанавливаются в состояния, соответствующие значениям разрядов двоичного числа. Это число при необходимости может быть сосчитано из .рег.истр.а параллельным кодом на выходе 1.

Сдвиг записанного числа производится под действием так­ товых импульсных сигналов. Для сдвига числа на один /разряд

восновные ячейки соседних младших .разрядов.

Вслучае использования регистра для преобразования по­

основные ячейки регистра производится в результате сдвига под действием тактовых импульсов Т2и Т

Для преобразования параллельного кода числа в последо­ вательный код используются входы 1—3 и выход 2. В процессе сдвига на выходе 2 образуются кодовые сигналы, соответствую­ щие значениям разрядов записанного в регистр числа.

На рис. 13.7, а и б показаны условные графические обозяа-

352

чения соответственно параллельного и сдвигающего регистров, предусмотренные ГОСТом.

Сдвигатели. В некоторых случаях (при нормализации чисел и т. д.) требуется -производить сдвиг кода числа сразу на не­ сколько разрядов. Использование для этих целей сдвигающего

Р-ис. 13.8.

регистра требует значительного времени. Для уменьшения вре­ мени при сдвиге на нужное количество разрядов применяют специальную схему, называемую сдвисателем. Одна из возмож­ ных схем сдвигателя показана на рис. 13.8. Она выполнена в виде матрицы, на входы которой поступают код сдвигаемого числа из регистра числа (.ftGl) и число и-з второго регистра

(RG2), указывающее количество разрядов, «а которое йужнэ произвести сдвиг.

На пересечении выходных ши:н этих регистров включены

ким образом, сдвиг числа на .несколько разрядов осуществля­ ется за один такт.

§ 13.2. Счетчики

Счетчикам .называется цифровой узел, (который служит для счета импульсных сигналов, поступающих на его вход.

По принципу действия различают счетчики прямого счета (суммирующие), обратного счета (вычитающие) и реверсивные счетчики.

Простейшим счетчиком является триггер со счетным входом, осуществляющий подсчет импульсов по модулю 2. Соединив определенным образом несколько счетных триггеров, можно по­ лучить схему многоразрядного счетчика.

В зависимости от вида межразрядных связей различают:

— счетчики с непосредственной связью;

— счетчики со связью по цепям переноса (счетчики с пере­ носам);

— счетчики с комбинированными связями.

В счетчиках с непосредственными связями управляющими сигналами для старших разрядов являются уровни сигналов с информационных выходов младших разрядов.

Счетчики -с переносом характеризуются тем, что для управ­ ления старшими разрядами используются импульсы переноса

смладших разрядов.

Всчетчиках о комбинированными связями для управления старшими разрядами используются как уровни сигналов на информационных выходах, так и импульсы переноса младших

разрядов.

Основными характеристиками счетчиков являются: коэффи­ циент пересчета Ксч и быстродействие.

Коэффициент пересчета (модуль счета) характеризует число устойчивых состояний счетчика, т. е. предельное число 'импуль­ сов, которое может быть сосчитано счетчиком. Быстродействие характеризуется частотой поступления счетных импульсов и временем установки счетчика.

Из приведенной классификации видно, что существует большое количество разновидностей схем счетчиков. Рассмот­ рим некоторые из них.

354

Счетчики прямого и обратного счёта. На рис. 13.9 приведена схема трехразрядного счетчика обратного счета с непосредст­ венными связями, построенная на основе Т-трч-iinrepoiB с .внутрен­ ней задержкой. Разрядные триггеры счетчика соединяются .ме­ жду собою последовательно: основной выход триггера младшего разряда — со счетным входом триггера соседнего старшего разряда.

Qb.'xod

XL

Q, Qs Qj

Рис. 13.9.

Работа схемы состоит в следующем. Пусть предварительно

•счетчик находится в состоянии 1 (С?1= С?2='(Зз='1).При поступ­ лении ,на вход импульса счета (7’сч =1) разрядный триггер Tj подготавливается к .переключению в противоположное состоя­ ние и после окончания импульса перейдет в состояние Qi = 0. Сигнал уровни 0 с выхода Q, .поступит на счетный вход второго

•разряда счетчика и подготовит к переключению в состояние «О» триггер Т2.

После окончания второго счетного импульса (Тсч =0) триггер первого разряда благодаря действию обратной связи вернется в исходное состояние Qi = l, а второй — установится в состояние Qi2=‘0 и подготовит к перебросу в состояние «0» триггер Т3 третьего разряда счетчика и т. д. .После седьмого счетного им­ пульса все триггеры счетчика будут установлены в состояние «0». Восьмой импульс ’.переключит первый разряд в состояние «1», затем уровень Qi = l установит второй разряд в состояние «1», который уровнем Q2—1 установит в состояние «1» третий разряд, т. е. счетчик вернется в. исходное состояние.

Если в приведенной схеме к счетному входу триггера (i-t-l)-ro _разряда подключить инверсный выход триггера г-го

разряда Qh то получим счетчик прямого счета.

Временная диаграмма работы счетчика прямого счета по­ казана на рис. 13.10.

Ввиду последовательного формирования сигналов переноса от младших разрядов к старшим счетчики с непосредственной связью имеют малое быстродействие. Более быстродействую­ щими являются счетчики, в которых передача сигналов управ-

355

ления между разрядами производится по цепям сквозного пе­ реноса.

Рис. ИЗЛ'О.

На рис. 13.11 приведена схема счетчика прямого счета со сквозным переносом. Схема построена на Т-триггерах! с внут­ ренней задержкой и конъюнкторах для формирования переноса. Один вход конъюнктора связан с информационным выходом Q триггера t'-ro разряда, а второй — включен в цепь сквозной пе­ редачи. Импульсы счета Гсч со входа счетчика поступают на счетный вход триггера первого разряда Ti и одновременно в цепь сквозного переноса на вход первого конъюнктора Иь

Во/ход

J л

Пусть все разрядные триггеры счетчика находятся в со­ стоянии «О», при этом на информационные входы всех коныоккторов поступают нулевые уровни сигналов.

Первый импульсный сигнал, поданный на вход счетчика, на выход конъюнктора Hi не проходит, а только переводит триггер Т] в состояние «1». После окончания действия импульса счета на информационный вход конъюнктора И! подается сиг­ нал Q1, уровень которого соответствует 1. В счетчике фиксиру­ ется число один (001).

366 "1

Второй импульсный сигнал поступает .на счетный вход триг­ гера Т1, а по цепи сквозной передачи через конъюнктор Hi — на счетный вход триггера Т2 я на вход конъюнктора И2. Спустя некоторое время, определяемое внутренней задержкой, триггер Т2 переводится в состояние «1» и в счетчике фиксируется число два (010). Состояние триггера Т3 не изменяется, так как конъ­ юнктор И2 ввиду задержки информационного сигнала Q2 не успевает пропустить импульс счета на выход.

Третий импульс переводит в состояние «1» триггер Ti и т. д. Таким образом, в счетчиках со сквозной передачей форми­ рование импульсов переноса производится параллельно с изме­

нением состояния разрядных триггеров.

Реверсивные счетчики. Реверсивные счетчики выполняют опе­ рацию суммирования и вычитания импульсов. В зависимости от требований к схеме управления могут быть построены ре­ версивные счетчики двух типов:

—с одним счетным и двумя управляющими входами;

—с двумя счетными входами.

Реверсивный счетчик первого типа осуществляет суммиро­ вание или вычитание импульсов в зависимости от разрешаю­ щего уровня на уш,равняющих входах. При наличии сигнала, разрешающего операцию сложения, происходит суммирование импульсов, а при наличии сигнала., разрешающего операцию вычитания, — вычитание импульсов.

В реверсивных счетчиках второго типа по одному входу поступают импульсы для сложения, а по второму—-для вы­ читания. Для этих счетчиков не требуется дополнительных сиг­ налов управления.

выход

__А________

Р т е . 1 3 .V2. ■

На рис. 13.12 приведена схема реверсивного счетчика после­ довательного типа е одним счетным и двумя управляющими входами. Связь между информационными выходами предыду­ щих разрядов со счетными входами последующих осуществля­ ется через схемы И по прямому га инверсному каналам.

367

Управление режимами работы реверсивного счетчика про­ изводится с помощью уровней сигналов, поступающих на шины

казание счетчика будет увеличиваться на единицу. В режиме

ный 2п , где п — число разрядов счетчика. Однако на практике нередко возникает необходимость в счетчиках с другими коэффициентами пересчета.

Принцип построения таких счетчиков заключается в исклю­ чении «лишних» устойчивых состояний у счетчика с Ксч = 2п, т. е. в организации схем, запрещающих некоторые состояния. Число запрещенных состояний для любого счетчика можно определить из следующего выражения:

М = 2п — К с.„

где М — число запрещенных состояний; Ксч — требуемый коэффициент счета;

2п— число устойчивых состояний двоичного счетчика. Существует целый ряд схемных решений, позволяющих

строить счетчики с Ксч =г= 2". Наиболее часто встречаются счет­ чики с естественным .порядком счета и схемной блокировкой переноса.

Вход

(Геи)

Каждый разряд счетчика выполнен на основе Т-триггера с внутренней временной задержкой. Подсчет импульсов до 9-го включительно происходит в естественном порядке счета: 0000, 0001, 0010, . . ., 1001, точно также, как и в суммирующем счет­ чике с параллельным переносом. После окончания 8-го‘ счетного импульса в счетчике фиксируется код 1000, что приводит к за­

крыванию схемы И] уровнем Q4=0.

358

После окончания 9-го импульса в счетчике установится код 1001 и схема И,| четвертого разряда оказывается открытой для прохождения очередного счетного сигнала. С приходом 10-го импульса в счетчике должен установиться код 1010. Однако

узел вычислительной машины для преобразования комбинаций входных двоичных переменных в сигнал управления.

двоичными числами (словами), а выполнение действий над ними требует выработки сигналов, управляющих отдельными элементами, узлами и устройствами машины.

Дешифраторы, применяемые в ЦВМ, весьма разнообразны

имогут быть классифицированы по ряду признаков:

—по типу .используемых функциональных элементов: де­ шифраторы .на логических элементах и дешифраторы на запо­ минающих элементах;

—по числу нспользуемых выходных шин: с полным набором

выходных шин и с-неполным набором выходных шин;

— по типу физических элементов: диодные, транзисторные, диодно-транзисторные, магнитные.

Дешифраторы на логических элементах

По опособу организации логических дешифраторов разли­ чают: дешифраторы с параллельно включенными логическими элементами (прямоугольные), с последовательно включенными

359