книги из ГПНТБ / Преснухин, Л. Н. Цифровые вычислительные машины учебное пособие

регистра проходят сигналы установки в состояние «1» только в тех разрядах, где х { = 1. Если код числа xxx.2xs ...хп_ххп задан в виде им­ пульсных сигналов, то необходима синхронизация передачи сигналов информационного кода и сигнала приема кода.

Выдачу прямого или обратного кода числа из регистра осуществляют с помощью двух систем элементов совпадения И» и Я3, сигналы с кото­ рых объединены с помощью системы схем объединения ИЛИ. По сиг­ налу Вх выдачи прямого кода числа с регистра через схемы Я.2 на выход

Отметим, что установка триггеров регистра в «О» состояние перед передачей кода числа ведет к затратам времени, а установка триггеров в «1» состояние по одному входу приводит к более длительному переход­ ному процессу по сравнению с установкой триггеров одновременно по обоим входам сигналами «1» и «О». Поэтому использование парафазного кода для передачи информации с регистра на регистр позво­ ляет значительно увеличить быстродействие. Функциональная схема передачи парафазных кодовых сигналов приведена на рис. 3.2.

Код, записанный на регистре Ргх, передается по сигналу прием

значения переменных). При этом на единичных и нулевых входах каждого триггера Рг, возникают комбинации «1» и «О» или «О» и «1» входных сигналов, устанавливающие триггеры Рг.г в требуемые состоя­ ния вне'зависимости от их исходного состояния.

Выполнение поразрядных микроопераций в регистрах. Функцио­ нальная схема для выполнения поразрядной операции сложения по mod 2 представлена на рис. 3.3, а в табл. 3.1 приведена таблица истинности для операции г,- = 0 г/,-. Пусть в регистре Рг на триг­ герах Тх -г- Тп со счетными входами записан код числа ххх2х3 ... хпЛхп. По сигналу приема кода Пр через систему схем Я на счетные входы триггеров в каждом разряде можно передать сигналы «1» кода числа

120

ihy-гУз ■■■УплУп■Пройдя на счетный вход, сигналы «1» вызовут переброс всех триггеров, которые предварительно сигналами кода ххх2х3 ...

х rj_yXfi были установлены р «1» и «О» состояния и в регистре Рг произой­ дет образование кода числа гхгггъ ... гпЛгп как результат поразрядного

сложения и умножения. Соответствующие таблицы истинности микро­ операций приведены в табл. 3.2 и 3.3, а функциональная схема — на рнс. 3.4.

В регистре Рг2 записан код числа х 2х.2х3 ... хп_ххп. Код числа Уй/ъУз ••• Уп-\Уп хранится в регистре Ргх. Этот код может быть передан

в Рг.2через систему логических элементов //, или И*. При возбуждении шины передачи сигналом логического сложения J1C через схемы Их на входы «1» триггеров регистра Рг2 пройдут сигналы, соответствую­ щие «1» состояниям триггеров регистра Ргх. Следовательно, «1» состо­ яние триггеров регистра Ргх будет скопировано при передаче в триг­ геры регистра Рг.2, что и соответствует выполнению операции пораз­ рядного сложения в соответствии с табл. 3.2.

При возбуждении шины передачи сигналом логического умноже­ ния Л У через систему логических схем И.г в регистр Ргл на входы «О» триггеров будут переданы сигналы, соответствующие состоянию триггеров регистра Рг.2. В этом случае произойдет сброс всех триггеров регистра Рг.2, кроме тех, «1» состояние которых соответствовало «1» состоянию триггеров регистра Ргх. Следовательно, выполнение ука­ занной передачи сигналов приводит к выполнению операции пораз­ рядного логического умножения гх = лу •//; в соответствии с табл. 3.3.

121

Выполнение операции сдвига кода числа в регистре. Операция

сдвига кода числа есть изменение начального положения его разрядов. Поскольку для позиционных систем счисления вес каждого символа кода определяется его положением в коде, то сдвиг кода числа на один разряд вправо относительно принятой разрядной сетки соответ­ ствует умножению величины числа на основание системы счисления, а сдвиг влево — делению величины числа на основание системы счис­ ления. В регистрах, как правило, сдвиг числа на k разрядов осуществ­ ляется за k тактов или за k микроопераций сдвига. Микрооперация сдвига есть сдвиг числа на один разряд вправо или влево относи­ тельно принятой разрядной сетки. Для осуществления микроопераций сдвига между триггерами регистра вводят специальные цепи сдвига. Рассмотрим функциональную схему однотактного сдвигающего реги­ стра с парафазной передачей информации (рис. 3.5).

цепь передачи парафазного кода информационные сигналы с 7\ поданы

цепи, как это показано на рис. 3.6 для произвольного t-ro разряда регистра. Для сдвига кода числа вправо возбуждение шины сдвига сигналом сдвиг вправо Сд. Пр. информационное состояние триггера

схемы ИЛИ для объединения сигналов с двух соседних триггеров. Регистры, допускающие сдвиг кода числа вправо и влево, называют

реверсивными.

Поскольку в интегральном исполнении (см. гл. 2) обычно изготов­ ляют в одном корпусе логические элементы.И — НЕ; ИЛИ — НЕ, а не отдельно элементы И и ИЛИ, то это необходимо учитывать при

122

построении электронных узлов. На рис. 3.7 изображена функциональ­ ная схема трехразрядного регистра сдвига на интегральных потен­ циальных R —S-триггерах и логических элементах И — НЕ. Использо­ вание потенциальных триггеров обусловливает применение двухтакт­

логических элементов. При действии каждого синхронизирующего импульса СИ происходит передача информации внутри J — /(-триг­ гера и между разрядами на один разряд вправо.

Для построения реверсивного сдвигающего регистра на J — К- триггерах необходимо вводить дополнительные элементы. Рассмотрим

ляется сдвиг под действием синхрони­ зирующих сигналов СИ. Под действием каждого импульса синхрони­ зации сдвиг происходит на один разряд.

Если время сдвига кода числа на один разряд равно tnB, а сдвиг осуществляется на m разрядов, то общее время сдвига Тсдв равно т / сдв. При m Ф 1 можно построить схему сдвига кода числа так, чтобы сдвиг на m разрядов выполнялся за время tcm. Для этого цепи сдвига выполняются в виде соединения выхода i-ro триггера со входами

123

(i 4- m)-ro триггера. Если tn — число переменное, то для сдвига кода числа за одно и то же время надо вводить дополнительные цепи. На рис. 3.10 показан принцип построения цепей сдвига, выполняющих

Рис. 3.9. Реверсивный сдвигающий трехразрядный регистр

триггеров через 2т логические схемы Я. Для сдвига значения информа­ ции в триггере на 1, 2, 3, т разрядов вправо, т. е. для передачи информационного состояния триггера Г,- в триггеры Тиъ Ti+2, ...,

..., T,-+m, необходимо возбудить одну из шин % -и ат и подать сигнал на шину сдвига Сд. Пр.

Рис. 3.10. Принцип построения цепей сдвига на любое число разрядов

Преобразование формы представления кодов чисел в регистре.

В регистре, имеющем связи для сдвига кодов, можно проводить преобразование представления последних из параллельной формы в последовательную и наоборот, а также из параллельно-последо­ вательной формы в параллельную и наоборот. Рассмотрим, например, преобразование последовательного «-разрядного кода числа в парал­ лельный «-разрядный код.

124

Если имеется последовательный код числа УхУ-гУз ••• УплУт то зна­ чения его разрядов подаются последовательно на вход триггера млад­ шего разряда регистра. После приема значения уп осуществляется сдвиг вправо на один разряд, принимается значение уп_х (п — 1)-го раз­ ряда последовательного кода числа на триггер младшего разряда и опять происходит сдвиг на один разряд вправо. По прошествии п так­ тов приема и сдвига кода в регистре образуется параллельный код числа xLx.,x3 ...хпЛхп. Если последовательный код числа передается младшими разрядами вперед, то код принимается триггером старшего разряда регистра и сдвигается влево.

Для преобразования параллельно-последовательного кода числа в параллельный, в регистр принимаются группы но й разрядов, которые затем сдвигаются на k разрядов вправо или влево в зависимости от порядка следования разрядов в параллельно-последовательном

коде.

Для преобразования параллельного кода числа, находящегося в регистре, в последовательный подается п импульсов сдвига. Последо­ вательный код снимается со старшего или младшего разряда триггера регистра в зависимости от принятого в нем порядка следования стар­ ших и младших разрядов. Параллельно-последовательный код числа получается при съеме групп по k разрядов со старших или младших k триггеров регистра и сдвиге содержимого регистра на k разрядов после съема каждой группы.

§ 3.3. СЧЕТЧИКИ

Одноразрядный двоичный счетчик. На базе триггера со счетным входом, т. е. со схемой запуска одновременно по двум базам или двум коллекторам транзисторов триггера, можно построить схему однораз­ рядного двоичного счетчика. На рис. 2.58 приведена схема Г-триг- гера — простейшего двоичного счетчика в интегральном исполнении. Однако поскольку на входные схемы Их и И* подаются выходные уровни напряжений триггера, то необходимо в цепь этих связей вклю­ чать элементы задержки или тщательного контролирования длитель­ ности запускающих сигналов и время переходных процессов логических элементов ИЛИ — НЕХ, ИЛИ — НЕг, Их и # 2.

Потенциальная связь предполагает наличие непосредственных галь­ ванических соединений между электронными элементами, электрические состояния которых передаются при этом без каких-либо преобразова­ ний. После окончания переходных процессов в системе элементов устанавливаются определенные уровни токов и напряжений, отража­ ющие заданное информационное состояние всей системы. В потенци­ альных комбинационных логических схемах преобразование информа­ ции производится за один такт. После подачи потенциальных сигналов на входы схемы (узла) вырабатываются устойчивые уровни выходных сигналов, которые существуют до тех пор, пока не сняты входные уровни сигналов.

Поскольку в потенциальной системе элементов отсутствует элек- - тронный элемент задержки сигналов, то в накапливающих логических

125

схемах на потенциальных электронных элементах используют многотактное преобразование информации. Так, в одноразрядном двоичном счетчике используют двухтактную передачу информации между двумя

Во втором такте по сигналу А х «1» состояние триггера Т переписывается в триггер Т '. Переброс триггера Т приведет к формированию разре­ шающего сигнала на схему И.2, поэтому при подаче второго сигнала А состояние триггера Т вновь станет нулевым. Это состояние Т по

Многоразрядные двоичные счетчики. Переключательная функция

«-разрядного двоичного счетчика в ДСНФ представляет набор 2" конституентов единицы:

126

Многоразрядный двоичный счетчик преобразует число — импульс­ ный код в позиционный код по любому заранее определенному основа­ нию. Рассмотрим построение простейшего n-разрядного счетчика на потенциально-импульсных и потенциальных логических элементах

(рис. 3.14).

В схеме, показанной на рис. 3.14, а, по счетному входу триггера поступают положительные запускающие импульсы. При переходе триггера из «1» в «О» состояние через дифференцирующую ^С-цепочку на вход следующего триггера проходит положительный сигнал, уста-

на рис. 3.14, б, используют двухтактную передачу информационных состояний между триггерами. После занесения информационной «1» в триггер Ту по сигналу А его информационное состояние сигналом Ау переписывается в триггер Т[. С выхода Ху состояние «1» переносится в триггер Т3, а затем по сигналу А2— в триггер Т2 и т. д.

Таким образом, при последовательном поступлении сигналов А на входы счетчика будет происходить подсчет импульсов, т. е. пре­ образование время-импульсного кода в двоичный код. В табл. 3.4 представлены информационные состояния триггеров Ту -ь Т3 рассмат­ риваемого счетчика, иллюстрирующие его работу при подсчете первых девяти импульсов.

В рассмотренных схемах счетчиков нельзя получить значительное быстродействие, поскольку сигналы от разряда к разряду проходят последовательно, вызывая последовательное срабатывание триггеров. Чтобы ускорить работу счетчика, необходимо вместо цепей последо-

127

вательного переноса вводить цепи сквозного группового или одно­ временного переноса.

Счетчик с цепью сквозного переноса. Принцип построения счет­ чиков с цепью сквозного переноса на интегральных триггерах показан на рис. 3.15. В этой схеме входной

импульс синхронизации СИ, поступив одновременно на входы всех триггеров, вызовет их переброс в «О» состояние.

Счетчики с цепью группового переноса. Принцип построения счетчиков группового переноса рассмотрим на примере, показанном

128

на рис. 3.17. Триггеры J — К -типа 7\ ч- Т4 представляют собой груп­ пу, которая вырабатывает перенос на триггер Тъ (являющийся началь­ ным триггером следующей группы) с помощью схемы совпадения И3, если все триггеры Т.г ч- Т4 находятся в «1» состоянии. Если же в еди­ ничном состоянии находятся только триггеры Т 1 ч- Т 3, тогда через

на триггер Т5 проходит через схему объединения ИЛИ.

Счетчики с цепью одновременного переноса. Счетчики, у которых перенос между группами имеет такую же организацию, как и внутри группы, называют счетчиками с цепью одновременного переноса. Пусть имеет­ ся счетчик, три группы которого изображены на рис. 3.18. Если все

триггеры групп Г (lVl), Г h Г (/+1) на­ ходятся в «1» состоянии, то на выхо­ дах схем совпадения Иъ # 2, Ия бу­ дут потенциалы высокие по уровню,

Если «1» состояние имеют триггеры только первых двух групп, то сиг­ нал переноса в группу Гм будет выработан схемой совпадения # 4.

Рассмотренное построение цепи переноса значительно сокращает время распространения сигналов, особенно в случае многоразрядных счетчиков.

Оценка быстродействия счетчиков с различным построением цепей переноса. Проведем приближенную количественную оценку быстро­ действия счетчиков с различным построением цепей переноса.

В обычном счетчике общая логическая формула для образования переноса в i-м разряде может быть записана в виде:

P i= X iP i-1,

где Xi — значение переменной данного разряда; P*_i — значение переноса из предыдущего младшего разряда.