Схемотехника ЭВМ0 (Методичка для лабораторных работ), страница 6

1.4 собрать полную схему последовательного сумматора (рис. 8.1, б) для чего перекоммутировать соединения с выходов переключатель­ных регистров Т₅ на выход РгА (3-й разряд), Т₆ — на выходы РгВ, T₇ - на выход триггера D. Разорвать цепь циклического переноса РгА и на его выход D подать сигнал с выхода сумматора S_i;

1.5 записать в регистр РгА код первого числа, в регистр РгВ — код второго числа и осуществить операцию сложения, нажимая три раза на кнопку ГОИ. При этом на регистре РгА будет зафиксирована сумма, а на регистре РгВ сохранится код второго числа.

1.6 переключив вход синхронизации с ГОИ на СИ1, снять ос­циллограмму работы сумматора. Для этого один вход осцилло­графа подключить на выход регистра РгА, а другой — сначала на выход переноса p_i, а затем на выход регистра РгВ (осцилло­граф при этом должен находиться в режиме внешней синхрони­зации, синхронизация осуществляется от регистра РгВ с цепью циклического переноса).

2. Поверить работу схемы, найти и устранить неисправности. Правильная работа сумматора может быть установлена только после подачи на вход каждого разряда всех наборов входных переменных, поэтому проверку сумматора следует проводить в таком по­рядке:

2.1 задать код первого слагаемого 11, код второго слагаемого — 00 (или 111, 000). Подать со схемы ГОИ два сдвинутых по времени сигнала (один на входы R, а второй на входы С). Первый сигнал ус­тановит регистр хранения суммы “0” и выдаст слагаемые на сумматор. Второй сигнал запишет результат операции в регистр суммы. Резуль­тат выполненной операции проверяется по индикаторным лампочкам регистра суммы (или сумматора). При неверном результате в каком-либо разряде необходимо устранить неисправность. Для этого сначала проверяют коммутацию схемы. Если коммутация верна, то фиксируют состояние данного разряда сумматора и проверяют значения сигналов на входах и выходах логических элементов, относящихся к неисправ­ному разряду;

2.2 повторить п.2.1 для кодов первого слагаемого 001 и 000. При правильном полученном результате приступить к проверке цепи рас­пространения переноса;

2.3 для проверки цепи переноса установить коды 001 и 001. После подачи с ГОИ двух сигналов проверить полученный результат. В слу­чае ошибки поступают по аналогии с п.2.1. Указанные действия повто­рить для кодов 010 и 010, 106 и 100;

2.4 повторить п.2.3 для кодов 001 и 011, 011 и 001 и т.д.

3. Проверить работу сумматора в динамическом режиме. Для это­го на исследуемую схему подать сигналы от СИ.

Экспериментально определить время, суммирования и время за­держки сигнала переноса для исследуемой схемы сумматора:

3.1 осциллограф синхронизировать импульсом выдачи кодов сла­гаемых на сумматор (РгВ);

3.2 установить коды первого 110 и второго 001 слагаемых;

3.3 измерить время задержки сигнала переноса от начала развертки до момента появления сигнала переноса с выхода старшего разряда;

3.4 полное время суммирования измерить от начала развертки до момента установления окончательной суммы в старшем разряде;

3.5 полученный результат сверить с расчетным.

Содержание отчета

1. Функциональные схемы исследуемых сумматоров.

2. Временная диаграмма работы сумматора.

3. Экспериментальные оценки времени суммирования и задержки сигнала переноса.

4. Анализ полученных результатов и выводы.

5. Подпись выполнявшего работу.

Контрольные вопросы

1. Какие типы сумматоров вы знаете?

2. Объясните работу сумматоров.

3. Каковы причины построения цепи распространения сигнала переносов в параллельном сумматоре?

4. Чему равна минимальная задержка переноса в одноразрядном сумматоре

5. Как определить быстродействие сумматора?

6. Какая схема сумматора имеет наибольшее быстродействие?

7. Какая схема сумматора имеет минимальное оборудование?

8. Определить неисправность в схеме.

Работа №9. Исследование принципов

построения компараторов

Цель работы: изучить структуры и исследовать работу компараторов.

Компараторы (устройства сравнения кодов) выполняют микрооперацию определения отношения между двумя символами. Основными отношениями принято считать «равно» и «больше». Другие отношения могут быть определены через основные. Так, признак равенства слов можно получить как отрицание признака равенства ( ), отношение «меньше» путем перемены местами аргументов в функции ( ), а нестрогие неравенства согласно формулам:

; .

Отношения широко используются как логические условия в микропрограммах, а также в устройствах контроля и диагностики.

Устройства сравнения на равенство строятся на основе поразрядных операций над одноименным разрядами обоих слов. Признак r равенства разрядов имеет единичное значение, если в обоих разрядах содержатся либо единицы, либо нули, т.е.

В свою очередь признак неравенства разрядов

Признак равенства слов R принимает единичное значение, если все разряды равны, т.е. .

Устройства сравнения на «больше» («меньше»). Для одноразрядных слов функции . ( ). Функцию для сравнения двухразрядных слов можно получить исходя из следующих условий. Если в старшем разряде слова В – нуль, то независимо от младших разрядов и для сравнения двухразрядных слов можно получить исходя из следующих условий. Если в старшем разряде слова А – единица, а слова B – нуль, то независимо от младших разрядов A>B и . Если старшие разряды идентичны, то следует переходить к анализу младших, переменив к ним то же условие, что и для старшего разряда ( при и Таким образом, справедливо соотношение:

где – признак равенства разрядов.

Легко видеть, что сравнение многоразрядных слов должно быть основано на тех же соображениях и поэтому можно записать:

Как и ранее, первый член формулы отражает результаты сравнения старших разрядов. Переход к анализу младших разрядов производится при условии, что состояние старших разрядов не противоречит этому переносу, но в данном случае это условие имеет вид .

Введем обозначения , , или . С помощью этих обозначений по индукции можно записать выражение для сравнения многоразрядных слов:

Пример. Построить схему одноразрядного компаратора, описанного табл. 9.1. Согласно таблице истинности все возможные соотношения между и могут быть заданы с помощью следующих выражений:

или, преобразуя выражение

получим схему компаратора, приведенную на рис. 9.1.

Рис. 9.1

Пример. Построить схему последовательного сравнения на равенство. Примем, что в исходном состоянии выходной сигнал триггера запоминания предыдущих результатов , а положение последних сравнимых разрядов задается значением сигнала . Зададим алгоритм работы синхронного автомата (см. лабораторную работу №4) следующим образом: 1) автомат находится в состоянии до тех пор, пока значения разрядов А и B кодов переводит автомат в состояние , и в этом состоянии автомат остается до окончания подачи разрядов кодов; 3) решение о равнозначности сравнимых кодов принимается при подаче последних разрядов кодов; 4) после подачи последних разрядов чисел автомат должен возвращаться в исходное состояние.

Функция переходов и функции возбуждения данной схемы приведены в табл. 9.3.

Таблица 9.3

Рис. 9.2

Из табл. 9.3 можно получить следующие выражения для

по которым построена схема, приведенная на рис. 9.2

Порядок выполнения работы

Прежде чем приступить к выполнению работы, необходимо изучить схему стен-да, ознакомиться с расположением кнопок, тумблеров на нем.

1. Провести синтез схемы в соответствии с заданием. Синтез схем провести в классическом базисе И, ИЛИ, НЕ, используя триггеры типа D или j-k и элементы сложения по модулю два, И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

2. Проверить наличие на сменном блоке блока счетчиков, который использовать как генератор кода (А₁В₁, А₂В₂, А₃В₃, А₄В₄). Необходимо выходы счетчика подключить к лампочкам индикации.

3. Собрать синтезированную схему, используя любые элементы наборного поля, выходы схемы подключить к лампочкам индикации А₁… А_i.

4. Исследовать работу схемы в режиме одиночного сигнала:

включить напряжение питания с помощью тумблера «Сеть» с обратной стороны макета, при этом загораются лампочки индикации прямых триггеров макета;

подать на вход счетчика сигнал с генератора ГОИ;

проверить правильность функционирования схемы (по лампочкам индикации) при последовательной подаче входных сигналов с помощью нажатия кнопки генератора ГОИ;

проверить наладку, поиск и устранение возможных неисправностей в схеме.

1. Исследовать работу схемы в автоматическом режиме:

к входу счетчика подключить вместо генератора ГОИ выход СИ (500 кГц), при этом лампочки индикации счетчика светятся в полнакала;

включить цепь питания осциллографа с помощью кнопки «Питание», переключить осциллограф в режим внешней синхронизации, на синхронизирующий вход осциллографа подать сигнал с выхода переноса счетчика, подключить один вход осциллографа к выходу СИ, а второй – к выходу исследуемой схемы;

последовательно снять осциллограммы с выходов всех разрядов счетчика и выходов исследуемой схемы и установить правильность работы схемы;

определить быстродействие. Сравнить измеренное и теоретическое значения.

1. Показать преподавателю работу отлаженной схемы на экране осциллографа.

2. Отключить питание и разобрать схему.

Содержание отчета

1. Задание

2. Таблицы переходов и функции возбуждения или таблицы истинности.

3. Структурная (принципиальная) схема.

4. Временные диаграммы.

5. Результаты исследований.

6. Анализ полученных результатов и выводы.

7. Подпись выполнившего работу

Контрольные вопросы

1. Дайте определение компаратора.

2. Объясните алгоритм синтеза схемы.

3. какие микрооперации можно реализовать с помощью компаратора?

4. Объясните полученные при исследовании данные.

Варианты заданий

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И., Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1990

2. Митюшин Ф.Ф., Нагорнова В.Ф., Шаповалов Ю.В. Теория, расчет и проектирование ВУДД. Логическое проектирование. – М.: МАИ, 1973

3. Нагорнова В.Ф., Шаповалов Ю.В. Элементы и узлы ЭВМ. – М.: МАИ, 1987

4. Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. – М.: Высшая школа, 1987

30