Функциональные устройства аппаратных средств вычислительной техники. Практикум по дисциплине Аппаратные средства вычислительной техники

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра математической кибернетики и информационных технологий

Жуков Г.В.

Практикум по дисциплине

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Практикумы №№ 8,9

Для студентов 3 к. (направление:230000,09.03.02)

Москва 2015

План УМД на 2015/16 уч.г.

Практикум по дисциплине

АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Составитель Г.В.Жуков, доцент

Издание утверждено советом факультета ИТ. Протокол № 3 от 18.12.2014 г.

Рецензент Л.В.Кириллова, доцент

2

Практикум № 8

Преобразователь последовательного кода в параллельный

Цель работы: изучение структуры и исследование работы преобразователя последовательного кода в параллельный.

Краткие теоретические сведения

Любой символ информации в цифровых устройствах кодируют в двоичном коде, поэтому сигналы могут принимать только два значения: высокий или низкий уровень напряжения, наличие или отсутствие импульса напряжения и т.д.

Значения уровней сигналов Uc элементами цифровых устройств воспринимаются не непрерывно, а в дискретные моменты времени, интервал между которыми называют рабочим тактом Т. Как правило, за один рабочий такт в цифровых устройствах осуществляется одно элементарное преобразование поступивших на вход кодовых слов. Дискретизация времени обеспечивается специальными устройствами управления, вырабатывающими синхронизирующие импульсы (СИ). В дискретных устройствах используют два способа представления информации: потенциальный и импульсный. При потенциальном способе значениям логического 0 и логической 1 соответствуют напряжения низкого и высокого уровня. Если логическому 0 соответствует напряжение низкого уровня, а логической 1 - высокого, то такую логику называют положительной, и наоборот, если за логический 0 принимают напряжение высокого уровня, а за логическую 1 - напряжение низкого уровня, то такую логику называют отрицательной или инверсной.

Далее в основном используются термины "напряжение высокого и низкого уровня" (сигналы высокого и низкого уровня), соответствующие уровням логической 1 и логического 0.

Информация в цифровых устройствах может быть представлена в последовательном и параллельном кодах.

Параллельным называют код, все разряды которого передаются с устройства на устройство одновременно (параллельно).

Последовательным называют код, разряды которого передаются с устройства на устройство один за другим (последовательно во времени).

3

Примером последовательного устройства может быть счетчик импульсов, состояние выходов которого зависит от общего числа поступивших на его вход импульсов.

При использовании последовательного кода каждый такт соответствует одному разряду двоичного кода. Номер разряда определяется номером такта, отсчитываемого от такта, совпадающего с началом представления кода. Графики, показанные на рис. 8.1, иллюстрируют последовательный код байтового двоичного числа 10011011 при потенциальном и импульсном способах представления информации. Для передачи всего числа требуется восемь тактов (рис. 8.1а).

При потенциальном способе (рис. 8.1б) сигнал сохраняет низкий или высокий уровни в течение одного или нескольких тактов. В моменты перехода сигнала от одного уровня к другому его значение является неопределенным. При импульсном способе представления цифровой информации (рис. 8.1в) единичному и нулевому значению двоичной переменной соответствует наличие или отсутствие импульса конечной длительности. При последовательном коде числа все его разряды могут быть зафиксированы на одном элементе и переданы по одному каналу передачи информации.

Рис. 8.1. Последовательный код двоичного числа при импульсном и потенциальном способах представления информации

Параллельный код позволяет существенно сократить время обработки и передачи информации. На рис. 8.2 изображен параллельный код семиразрядного числа 1101101. В этом случае, как при импульсном (рис. 8.2а),

4

так и при потенциальном (рис. 8.2б) способах представления информации все разряды двоичного кода представлены в одном временном такте, могут фиксироваться отдельными элементами и передаваться по раздельным каналам (разрядным шинам).

Рис. 8.2. Параллельный код двоичного числа при импульсном и потенциальном способах представления информации

Последовательный код позволяет передавать любое число разрядов по простейшему каналу связи, имеющему одну единственную линию связи между устройствами. Скорость передачи кодов при этом будет уменьшаться с увеличением числа информационных разрядов в коде. Скорость передачи параллельных кодов напротив не связана с числом разрядов, однако для передачи n-разрядного кода здесь требуется канал связи, имеющий n параллельных линий связи. В случае большего расстояния между цифровыми устройствами обычно используют последовательный код. В цифровых устройствах иногда приходится выполнять преобразование параллельного кода в последовательный или наоборот.

Преобразователем кодов называется цифровое устройство, осуществляющее преобразование слов входного алфавита (x1, х2,..., хn) в слова выходного алфавита (y1, y2, ..., yk). Соотношения между числами n,k могут быть любыми: n = к, n > к, n < к.

Преобразователи кодов можно разделить на два типа: с весовым преобразователем кодов, с невесовым преобразователем кодов.

5

Примером преобразователей первого типа являются преобразователи десятичных кодов в двоичные, двоично-десятичных кодов в двоичные, двоичных кодов в десятичные и двоично-десятичных в двоичные и др. Преобразователи второго типа используются для преобразования двоичнодесятичного кода в код семисегментного индикатора десятичных цифр, двоичного кода в код Грея и др. Эти задачи решаются разными путями. Одним из таких путей является применение комбинационных узлов, называемых преобразователями кодов.

Пример выполнения

Для построения схемы преобразователя последовательного кода в параллельный (рис. 8.3) используются следующие элементы: резисторы (R1, R2, R3, R4, R5), генератор напряжения (ГН), функциональный генератор (ФГ), кнопки (К1, К2, К3), переключатели (П1, П2, П3), элементы (DD1, DD2), шины (№ 1, № 2, № 3), осциллограф (Осц), элементы индикации (1…8), логический анализатор (ЛА).

В схеме преобразователя последовательного кода в параллельный для генерирования информационного сигнала используется переключатель П3.

Для выбора режима работы регистра используются переключатели П1 и П2. Сдвиг данных в регистре вправо (от входа A к входу D) происходит при формировании фронта синхронизирующего импульса, если переключатель П1 в верхнем, а П2 в нижнем положении. Кнопка К2 служит для сброса регистра. Моделирование сдвигающих импульсов можно осуществлять с помощью кнопки К3.

Для записи необходимой информации к моменту нажатия на кнопку К3 переключатель П3, определяющий текущее значение записываемого в регистр сигнала, необходимо установить в соответствующее положение («1» - вверх, подключить к резистору R1; «0» - вниз, к шине Гн). Процесс записи и сдвига информации в регистре (элементы DD1-DD2) с помощью переключателей просто контролировать с помощью элементов индикации (лампочек 1-8).

Для автоматического формирования сдвигающих импульсов используется функциональный генератор. Так как выходное сопротивление генератора мало, ключ K2 при подключенном генераторе не влияет на работу схемы. При формировании сдвигающих импульсов генератором процесс записи и сдвига данных контролируется с помощью осциллографа.

6

При формировании сдвигающих импульсов генератором и изменении входного сигнала с помощью интерактивного переключателя П3 необходимо выбрать такую частоту импульсов генератора, при которой исследователь к моменту формирования очередного импульса генератора успевал бы устанавливать очередной необходимый уровень входного сигнала (около 10 Гц). Форма импульсов генератора – прямоугольная, коэффициент заполнения – 20%, амплитуда выходных импульсов и смещение – 2.4 В.

Рис. 8.3. Схема преобразователя последовательного кода в параллельный

Осциллограмма, приведенная на рис. 8.4, иллюстрирует запись в регистр кода 01011000. Очевидно, правые позиции кода записываются раньше левых. В верхней части осциллограммы изображены импульсы синхронизации, в нижней части – уровни входного сигнала при каждом из этих импульсов, которые

7

представляют собой последовательный код 01011000. Конечный результат преобразования – записанный в регистре код – отображают и элементы индикации 1-8 (рис. 8.3).

Рис. 8.4. Осциллограмма преобразования последовательного кода в параллельный

Временная диаграмма работы, приведенная на рис. 8.5, иллюстрирует конечный результат преобразования – записанный в регистре код. Сигнал высокого уровня n-го индикатора означает, что он включен, сигнал низкого уровня - выключен. Последовательность уровней входящего сигнала представлена в виде логических нулей и логических единиц под временной диаграммой. Каждое новое изменение уровня входящего сигнала соответствует изменению уровней сигналов индикаторов.

Рис. 8.5. Временная диаграмма режима работы

8

Варианты заданий

Разработать схему преобразователя последовательного кода в параллельный. Получить осциллограмму преобразования последовательного кода двоичного числа в параллельный и временную диаграмму режима работы. Двоичное число выбрать согласно своему варианту (табл. 8.1).

Контрольные вопросы

1.Что такое последовательный код двоичного числа?

2.Что такое параллельный код двоичного числа?

3.Что такое преобразователь кодов?

4.Пояснить работу преобразователя последовательного кода в параллельный.

Содержание отчета

1.Наименование работы.

2.Цель работы.

3.Краткие теоретические сведения.

4.Вариант задания.

5.Пример выполнения схемы преобразователя.

6.Временная диаграмма работы.

7.Анализ полученных результатов и выводы.

8.Подпись исполнителя.

Список литературы

1.Шестеркин А.Н. Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств Multisim 10. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 360 с.

10