4. Лабораторная работа №3. Комбинационные

ДВОИЧНЫЕ СЧЕТЧИКИ

4.1. Цель работы

Изучить схемные реализации и методы проектирования комбинационных схем счета, получить навыки сборки и наладки таких схем.

4.2. Содержание работы

Комбинационным счетчиком называется схема, выполняющая микрооперации

y₁: B(1:n):=A(1:n)+1, (4.1)

y₂: B(1:n):=A(1:n)-1, (4.2)

где A(1:n) - n-разрядное двоичное число на входе схемы, а B(1:n) результат выполнения микрооперации счета, представленной на выходе схемы. Счетчики, выполняющие микрооперацию y₁, называются суммирующими или инкрементирующими, микрооперацию y₂ - вычитающими или декрементирующими. Счетчики, выполняющие обе эти операции, называются реверсивными. Если B(1:n)=A(1:n), т. е. если преобразуемый код представлен внутренним состоянием счетчика, то такой счетчик называется накапливающим. Очевидно, накапливающий счетчик можно построить из комбинационного, подав его выход на вход регистра, задающего преобразуемый код A. Однако, существуют схемные решения, в которых накапливающие счетчики так легко не разделяются на комбинационную и накапливающую части. Они изучаются в следующей лабораторной работе.

Комбинационный n-разрядный счетчик может быть построен из n одноразрядных счетчиков. На вход i-го одноразрядного счетчика подается преобразуемая двоичная цифра a_i и перенос p_i из соседнего младшего разряда (или заем z_i для вычитающего счетчика ).На выходе формируется цифра b_i и перенос p_i-1 ( заем z_i-1 ) в старший (i-1)-ый разряд. Выходные сигналы для одноразрядного суммирующего счетчика вычисляются по формулам:

; (4.3)

Аналогичные формулы для вычитающего счетчика:

; (4.4)

При этом перенос p_n заем (z_n) в младший разряд счетчика всегда равен 1. Реализованный в соответствии с операторами (4.3), (4.4) способ распространения переноса (заема) называется последовательным. Для сокращения времени исполнения микрооперации строятся схемы параллельного переноса, в которых на входе каждого i-го одноразрядного счетчика анализируется состояние всех младших разрядов кода A(1:n), т. е.

(4.5)

В случае, когда число n разрядов счетчика велико и невозможно реализовать конъюнкцию n переменных на одном вентиле, строятся счетчики с групповыми переносами, где слово A(1:n) разбивается на поля, содержащие по k разрядов, и через каждую группу из k разрядов перенос распространяется через вентиль "И", реализующий функцию, аналогичную (4.4). Более подробно схемотехника комбинационных счетчиков изложена в [1], стр. 131-157, [3], стр.252-276.

Задание на лабораторную работу предусматривает синтез, макетирование и наладку комбинационного счетчика с использованием макета L-T. Варианты задания отличается типом выполняемых микроопераций счета и способом распространения переноса. После сборки и наладки счетчика необходимо соединить его с регистром и таким образом построить накапливающий счетчик и снять временную диаграмму.

4.3. Варианты индивидуальных заданий

Варианты заданий представлены в таблице 2.

Таблица 2

№ вар	Тип счетчика	Способ распространения переноса
1	Декрементирующий	последовательный
2	Инкрементирующий	последовательный
3	Декрементирующий	параллельный
4	Инкрементирующий	параллельный
5	Декрементирующий	последовательный

4.4. Внеаудиторная подготовка

4.4.1. Изучить принципы построения комбинационных счетчиков:

[3], стр. 252-276.

4.4.2. Синтезировать схему комбинационного счетчика в соответствии с индивидуальным заданием.

4.4.3. Построить схему накапливающего счетчика с использованием комбинационного счетчика и регистра на раздельных триггерах.

4.5. Выполнение работы в лаборатории

4.5.1. Собрать и отладить схему комбинационного счетчика. В качестве сигналов счета рекомендуется использовать сигналы с кнопочных регистров, код A(1:n) также набирать на кнопочном регистре. Правильность работы схемы проверить в статическом режиме.

4.5.2. Построить схему накапливающего счетчика, присоединив к комбинационному счетчику регистр. Занесение информации на регистр рекомендуется синхронизировать импульсами генератора, сигнал установки в начальное (000 – для инкрементирующего, 111 для декрементирующего счетчика) состояние подавать с кнопки, управляющей работой генератора одиночных импульсов. Убедиться в правильности работы счетчика в однотактном режиме. Снять временную диаграмму в непрерывном режиме.

4.6. Контрольные вопросы

4.6.1. Где в ЭВМ используются комбинационные счетчики?

4.6.2. Построить структурную схему счетчика с групповым переносом.

4.6.3. Какова минимальная задержка сигнала переноса в одноразрядном счетчике?

4.6.4. Сравните быстродействие счетчиков с параллельным и последовательным переносами, считая, что задержка сигнала на любом вентиле равна t.

4.6.5. Как на комбинационном счетчике наряду с микрооперацией B:=A+1 реализовать микрооперации B:=A+2?