Федеральное агентство по образованию РФ

Ставропольский государственный университет

Физико-математический факультет

Кафедра прикладной математики и информатики

Реферат

по дисциплине специализации

«Моделирование вычислительных систем»

Вариант 4

              Выполнил: студент ФМФ

              Проверил: доцент кафедры ПМиИ

1.      Изобразить и пояснить схему, осуществляющую преобразование параллельного кода в последовательный код и наоборот.

1)     Преобразователи с регистрами сдвига.

         Регистр сдвига - это устройство, с помощью которого осуществляют хранение и поразрядный сдвиг (вправо, влево) хранящихся в нем чисел. В простейшем случае регистр сдвига двоичных чисел выполняют на статических триггерах (по одному на каждый разряд), причем выходы низших разрядов связаны с входами высших определенным образом. Так, в схеме рис. 1. выход 1 триггера Т1 связан со входом j (вход Установка в 1 в данном случае инверсный) триггера высшего разряда Т2 через элемент динамической памяти S2 . Такой элемент служит для кратковременного запоминания информации (сигнала 1), поступающей с триггера низшего разряда в высший. Это необходимо для того, чтобы обеспечить некоторый сдвиг между сигналами, поступающими с низшего разряда на вход j и с шины сдвига кода на вход k (установка в 0).

         Пусть в трехразрядный регистр требуется ввести кодовую комбинацию 101. Первоначально через S1 в триггер Т1 вводится первый элемент кодовой комбинации (в данном случае 1), затем ее второй элемент (в данном случае 0) и подается импульс (в данном случае сигнал 0, так как вход k инверсный) на шинку сдвига. Триггер Т1 при этом возвращается в состояние 0. На его выходе 1 появляется сигнал 0, который запускает динамический элемент S2. Сигнал 1 с триггера Т1 как бы переписывается в S2 и временно в нем запоминается. На входе j триггера Т2 при этом будет сигнал 1 (такт подготовки). Через время элемент S2 возвращается в исходное состояние. На входе триггера Т2 появится сигнал 0, и, следовательно, триггер перейдет в состояние 1 (сигнал 1 с триггера Т1 первоначально сместился в S2, а затем спустя время в триггер Т2). Так как второй элемент кодовой комбинации был 0, то Т1 сохранит состояние 0. Далее одновременно вводится 3-й элемент и подается импульс на шину сдвига. Аналогично с некоторой задержкой первый элемент (единица) сместится в триггер третьего разряда (на схеме рис. 1. не показан). Сигнал 0 из триггера Т1 переместится в Т2, а сигнал 1 - с входа в триггер Т1. Таким образом, последовательно вводится вся комбинация 101.

Продолжая подавать импульсы на шину сдвига, можно последовательно вывести всю комбинацию из регистра и получить на выходе регистра временную последовательность импульсов, соответствующую кодовой комбинации 101.

Рисунок 1. Преобразователь параллельного кода в последовательный и обратно с регистром сдвига.

         Для преобразования последовательного кода в параллельный регистр сдвига дополняется схемами совпадений ввода LI - L2 и вывода L3 - L4 параллельного кода. Последовательный код вводится в регистре рассмотренным выше способом. После этого, подав разрешающий импульс на шинку считывания параллельного кода, можно осуществить считывание параллельного кода.

         При преобразовании параллельного кода в последовательный комбинация кода вводится в регистр параллельно через схемы совпадений L1 - L2, а затем путем последовательного сдвига выводится из регистра в виде временного кода.

2)     Преобразователи с распределителями импульсов.

        Преобразователь параллельного кода в последовательный (рис. 2) содержит распределитель импульсов (регистр сдвига RG1), логические схемы И (L1 - Ln) и выходную схему ИЛИ (L). Вход 1 каждой схемы LI - Ln связан с соответствующим выходом распределителя; на входы 2 схем И поступают сигналы параллельного кода. С помощью распределителя осуществляется последовательный опрос входов параллельного кода и последовательная передача считываемых сигналов на выход. Генератор тактовых импульсов ГТИ поочередно переключает распределитель из одного положения в другое. Сигнал 1 с выхода распределителя поочередно поступает на схемы И. Если на другой вход схемы И с шинки параллельного кода также поступает сигнал 1, то и на выходе соответствующей схемы И будет также сигнал 1, который через схему ИЛИ (L) пройдет на выход.

Рисунок 2. Преобразователь параллельного кода в последовательный с распределителем импульсов (а) и диаграмма его работы (б)

Практическая часть:

Задание: Провести синтез пятиразрядного многофункционального регистра сдвига на JK-триггерах со следующим законом функционирования: микрооперации сдвига, выполняемые регистром – влево на 1 разряд и на 4 разряда влево; исходный код – 01000. Число управляющих шин зависит от числа микроопераций сдвига (необходимо совершить 2 микрооперации, k=2): m=log2k=log22=1, т.е. нам понадобится одна шина управления. 

Функции возбуждения i - го триггера принимает вид:

,

.

Так как структура регистра регулярна,  достаточно получить выражения только для одного триггера.

              Составим таблицу переходов i - го разряда регистра, где αi могут принять любое значение. В столбцаx 6 и 7 запишем функции возбуждения JK-триггеров:

              Представим функции возбуждения триггера в минимальной ДНФ. Для этого составим соответствующие карты Карно:

Минимальные ДНФ для функций Ji  и Ki получаются в случае когда

α6 = α7 = α11 = α15 = α0 = α1 = α8 = α12=1, а остальные значения αi равны 0.

В результате получим:

,

.

Таким образом, для построения требуемой схемы надо правильно соединить выходные сигналы и триггеров в логические схемы для функций Ji и Ki, и выходы этих схем с установочными J и K входами соответствующих триггеров.

Установка регистра в первоначальное состояние — 01000 — будет осуществляться путем подачи установочных сигналов на R и S входы триггеров. Таким образом, следует, что для реализации данного задания я использую D – триггеры. Характеристическое уравнение D – триггера имеет вид . Это уравнение показывает, что состояние триггера на –м такте работы равно входному сигналу в момент, предшествующий тактовому перепаду сигнала C. Схему получаем, как было сказано выше, из JK – триггера путем подключения к входу J входа K через инвертор .  Также я использую модель реверсивного сдвигающего регистра – регистр, осуществляющий сдвиг кода вправо или влево в зависимости от управляющих сигналов.

Схемы, реализованные в Electronics Work Bench, представлены ниже. Здесь ключ «U» предназначен для установки в первоначальное состояние, «X» — сигналы с шины управления, «С» — тактовые импульсы.

89624964715

Строим комбинационную схему.

1)     Установка в начальное положение (исходный код 01000).

2)     Сдвиг на 4 разряда влево (ключ «Х» в верхнем положении, т.е. Х=1, единица смещается на 4 разряда влево в разрядной сетке).

3)     Сдвиг на 1 разряд влево (ключ «Х» в нижнем положении, т.е. Х=0, единица смещается на 1 разряд влево в разрядной сетке).

Вывoд: В этoй лабoратoрнoй рабoте регистр сдвига не реверсивный, так как пo заданию я сдвигаю на 3 разряда вправo и на 3 разряда влевo, тo есть  в oдном направлении. Также регистр сдвига кoльцевoй, так как выхoд старшегo разряда сoединен с вхoдoм младшегo разряда.

Список используемой литературы:

1.                  Макоха А.Н., Сахнюк П.А., Червяков Н.И. Дискретная математика: Учебное пособие. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.

2.                  Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000.

3.                  Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. – М.: Мир, 2001.

4.                  Официальный сайт кафедры АСЭл Ростовского государственного университета путей сообщения.

5.                  Сайт SIO.SU – Обеспечение безопасности объектов.