Исследование параллельного регистра. Исследование_параллельного_регистра. Исследование регистров Цель Изучение структуры и исследование работы последовательных и параллельных регистров
 Скачать 407.52 Kb.
|
|
Лабораторная работа Исследование регистров Цель: 1. Изучение структуры и исследование работы последовательных и параллельных регистров Краткие теоретические сведения Регистр -операционный узел ЭВМ, предназначенный для выполнения микроопераций записи, хранения, преобразования и считывания слова (или части слова) данных и простейших поразрядных логических операций. Регистры осуществляют кратковременное хранение информации в течение одного или нескольких циклов работы устройства. Регистр представляет набор триггеров, число которых равно или кратно разрядности регистра, и комбинационных схем. Триггер служит для хранения одного разряда двоичного слова, т.е. является одноразрядным регистром. В регистрах применяются синхронные D- и DV- триггеры с динамическим и статическим управлением записью. Комбинационные схемы обеспечивают запись и считывание информации из регистра, преобразование и сдвиг слова, хранящегося в регистре, вправо или влево на требуемое число разрядов, преобразование последовательного кода слова в параллельный и наоборот. В регистрах можно выполнять поразрядные логические операции: логическое сложение, логическое умножение, сложение по модулю два, эквивалентность, инверсию. Записью (или вводом, или приемом) называется занесение нового слова данных в регистр. Данные - это числа, команды, управляющие коды и другие упорядоченные последовательности букв двоичного алфавита. Каждая буква представляется двоичным сигналом. Частным случаем записи является операция начальной установки регистра, например, всех разрядов в нуль или в единицу. Кратковременное хранение информации оказывается необходимым при выполнении арифметических и логических операций над словами данных, а также при согласовании скорости работы различных устройств ЭВМ. Считывание (или вывод) - выдача данных из регистра и передача в другие узлы и устройства. Основными признаками классификации регистров являются способы ввода и вывода информации из регистра, а также представление вводимой и выводимой информации. По способу ввода и вывода информации различают следующие типы регистров: - параллельные (или регистры памяти), - последовательные, - параллельно-последовательные, - последовательно-параллельные, - универсальные или многофункциональные. В параллельных регистрах ввод и вывод слов данных выполняется во всех разрядах одновременно. Время ввода (вывода) слова равно времени ввода (вывода) одного разряда и равно длительности такта Т. Основная функция параллельного регистра - хранение слова информации. В последовательных регистрах все разряды слова вводятся в регистр и выводятся из него последовательно во времени один за другим. Время ввода (вывода) n-разрядного слова равно nТ, где Т - период следования тактирующих сигналов. Последовательные регистры называются также регистрами сдвига, или сдвигающими (сдвиговыми). В параллельно-последовательных регистрах ввод слова осуществляется параллельным кодом , а вывод – последовательным кодом. В последовательно-параллельных регистрах ввод слова осуществляется последовательным кодом, а вывод - параллельным. В универсальных регистрах реализуется несколько названных выше способов ввода и вывода информации. По количеству линий передачи информации различают однофазные и парафазные регистры. В однофазных регистрах каждых разряд слова передается по одной линии в виде прямого значения переменной Di или ее инверсии ̅ i , в парафазных – по двум линиям прямым Di и инверсным ̅ i значениями в каждом разряде. По используемой системе синхронизации различают однотактные и многотактные регистры. Однотактные регистры управляются одной последовательностью синхронизирующих сигналов, многотактные - несколькими. По направлению передачи (сдвига) данных регистры разделяются на однонаправленные и реверсивные. В однонаправленных регистрах сдвиг данных выполняется или влево, или вправо. Сдвиг данных от старших разрядов к младшим называется правым сдвигом, а от младших к старшим – левым сдвигом. Параллельный регистр, или регистр памяти, представляет собой набор разрядных схем, не связанных между собой. Параллельные регистры предназначены для ввода, хранения и вывода двоичных слов параллельным кодом. В интегральной схематехнике параллельные регистры всего выполняются на синхронных D- или DV-триггерах с независимыми информационными входами и объединенными тактовыми входами, а также объединенными входами начальной установки. Параллельные регистры с однофазным входом на синхронных D- триггерах со статическим и динамическим управлением записью показаны на рис. 3, а, б соответственно. Прием слова осуществляется за один такт. Типичными примерами параллельных регистров с тремя состояниями выхода являются регистры микросхем ИР22 и ИР23, которые имеются как в сериях ИМС ТТЛШ, так и КМОП – логики (например микросхемы ТТЛШ КР1533ИР22, КР1533 ИР23, КМОП-логики КР1554 ИР22, КР1554 ИР23). Регистры ИР22 и ИР23- восьмиразрядные с тремя состояниями выходов. Третье состояние выхода реализуется логическими элементами (ЛЭ) с тремя состояниями выхода, входы которых в каждом разряде соединены с выходами триггеров регистра. На объединенные входы EZ ЛЭ подается управляющий сигнал EZ (или ОЕ), разрешающий или запрещающий выходы регистра. Регистры ИР22 построены на синхронных D-триггерах со статическим управлением записью, т.е. прием информации в регистр выполняется при С=1, а фиксация входного кода при С=0, т.е. регистр является прозрачным при С=1 и EN=0. Регистры ИР22 построены на D- триггерах с динамическим управлением записью. Прием информации в регистр выполняется перепадом 0/1 сигнала С. Такой регистр является непрозрачным. Быстродействие регистров памяти оценивается временем задержки распространения сигнала в трактах вход С - выход Qi, вход R - выход Q, вход EN - выход Qi. Регистры сдвига Регистры сдвига представляют собой набор разрядных схем, содержащих триггеры, связанные между собой непосредственно или через комбинационные схемы. Регистры сдвига выполняют сдвиг двоичного слова вправо или влево по регистру в зависимости от управляющих сигналов, преобразование последовательного кода слова в параллельный и параллельного в последовательный. Для этого каждый разряд регистра должен принимать информацию с входной линии или из одного из разрядов, хранить ее и передавать хранящуюся информацию в другие разряды регистра или на выходную линию. Регистры сдвига с однофазной синхронизацией строятся на cинхронных D-триггерах с динамическим управлением записью. Функциональная схема 4-разрядного регистра сдвига вправо приведена на рис. 1 Входные данные DR в последовательном коде поступают на вход D триггера нулевого разряда регистра сдвига. Для передачи информационных сигналов из одного разряда в другой при сдвиге вправо выход Qi триггера i-го разряда регистра соединен с входом Di+1 триггера (i+1)-го разряда, т.е. Di+1 = Qi. для всех разрядов от 0 до n-2. Каждым тактовым сигналом С, поступающим на входы С всех триггеров регистра, происходит перезапись (сдвиг) содержимого каждого разряда в соседний разряд. Временная диаграмма (рис. 2) поясняет процесс передачи информации в регистре сдвига. В моменты времени t0 и t1 показано, как сдвигаются биты информации из одного разряда в другой. Время задержки распространения сигнала в регистре сдвига от входа С до любого выхода Q равна времени задержки распространения сигнала одного триггера от входа С до выхода Q. В регистре сдвига влево выход Qi триггера i-го разряда регистра соединен с входом Di- 1 триггера (i-1)-го разряда, т.е. Di-1 = Qi. для всех разрядов от 0 до n-2. В реверсивных регистрах сдвига выполняется сдвиг информации как вправо (от нулевого разряда к (n-1)- му), так и влево (от (n-1)-го к нулевому). Универсальные регистры сдвига выполняют также и другие микрооперации, например, параллельного ввода данных, хранения и др. Режим работы регистра обычно задается управляющим кодом, поступающим на входы выбора режима. Сигналы выбора режима коммутируют цепи сдвига влево и вправо, параллельного ввода в соответствии с выполняемой микрооперацией. При этом регистр может иметь последовательный и параллельный ввод и вывод информации. Синтез универсального регистра, как регулярной структуры, сводится к выбору типа триггера и построению комбинационной схемы, выполняющей передачу и прием информации в триггер данного разряда. На рис. 3 приведена логическая схема универсального 8- разрядного регистра, состоящего из двух интегральных схем (ИС) 74LS194 (отечественный аналог К555ИР11). На схеме DR (SR) и DL (SL) – входы ввода данных в регистр последовательным кодом при сдвиге вправо и влево соответственно, S1 и S0 – управляющие сигналы выбора режима, D0- D7 – входные данные для параллельной загрузки регистра, Q0-Q7 – выходные данные регистра в параллельном коде. В табл.1 приведено кодирование режимов регистра сдвига управляющим словом S1S0. Сдвиг и параллельный ввод выполняются синхронно тактовыми сигналами 0/1, поступающими на входы С D-триггеров регистра. В режиме хранения на входы С также поступают синхросигналы. Таблица 1 Установка в 0 (очистка или обнуление регистра) может рассматриваться независимо от других микроопераций. Регистр является полностью программно-управляемым. Рис. 3 поясняет соединения ИС регистров при наращивании разрядности универсального регистра. Задание и порядок выполнения работы Исследование регистра сдвига 1. Составить и собрать схему четырёхразрядного регистра сдвига на синхронных D- триггерах, организовав сначала соединения триггеров для сдвига информации вправо. 2. Проверить работу регистров сдвига вправо в статическом (рис.4) и динамическом (рис.5) режимах. 3. Отключить вход D от переключателя и соединить инверсный выход четвёртого разряда Q (нумерация слева направо) с входом D триггера первого разряда регистра (циклический режим). 4. Проверить работу регистров сдвига вправо в статическом и динамическом режимах. Рис.4 Рис.5 Исследование параллельного регистра 1. Собрать схему трёхразрядного параллельного регистра на синхронных D- триггерах, представленную на рис.6. 2. Проверить работу регистра на основе анализа временных диаграмм. 3. Построить схему четырёхразрядного параллельного регистра на D-триггерах. Занесение информации в регистр выполнять вручную с помощью переключателей. 4. Построить временные диаграммы сигналов на выходе регистра Контрольные вопросы 1. Что называется регистром и для чего он необходим? 2. В чем заключаются отличия параллельного, последовательного и параллельно- последовательного регистров. 3. Пояснить назначение выводов интегральной микросхемы (ИМС) 74LS194. 4. Пояснить принцип работы универсального 8-ми разрядного регистра, построенного на ИМС 74LS194 (рис.3). |