Лаб.3.регистры (Лаба 3)

16

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э.Баумана

Виноградов В.И., Спиридонов С.Б., Шигин А.В.

Лабораторная работа № 3

по курсу "Элементы и узлы ЭВМ"

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГИСТРОВ

Москва 2008 г.

Цель работы: Ознакомление c принципами работы схем регистров. Исследование схем регистров различного назначения, выполненных на интегральных элементах с потенциальным представлением информации.

Продолжительность работы: 1 часть-4 часа, 2 часть – 4 часа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Регистром называется устройство, предназначенное для при­ема, кратковременного хранения и выдачи кодов слова, а также выполняющее логические преобразования над кодом слова.

Регистр представляет собой совокупность триггеров и вспомогательных логических схем, количество и схема соединений которых зависит от количества разрядов в коде и набора операций, выполняемых регистром.

Помимо хранения кода слова регистры, в общем случае, обеспечивают выполнение следующих операций:

• установка регистра в нулевое состояние «сброс»;

• прием кода слова из другого устройства;

• передача кода слова в другое устройство;

• преобразование кода числа: преобразование прямого кода в обратный код и наоборот;

• преобразование последовательного кода слова в параллельный код и наоборот;

• сдвиг кода слова вправо или влево на требуемое число разрядов.

Регистры, как правило, строятся на D-триггерах, т.к. эти триггеры позволяют производить запись информации однофазным кодом без предварительного "обнуления" по входу D (см. лаб. раб.№2).

Приём информации в регистр и выдача может осуществляться параллельно и последовательно. В первом случае слово представляется в виде параллельного кода. При записи и при считывании все разряды кода слова передаются одновременно, каждый разряд по своей кодовой шине. При последовательной передаче кода слова, все разряды кода слова передаются последовательно во времени один за другим и строго в определенные дискретные моменты времени, совпадающие с управляющими сигналами.

Различают, сдвигающие регистры, в которых возможен сдвиг хранимого кода и регистры без сдвига с приемом информации параллельным кодом.

ПРИНЦИП РАБОТЫ РЕГИСТРОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Регистр с приёмом информации параллельным кодом. Эти регистры предназначены для приёма, хранения и выдачи информации кода одного m-разрядного слова. Приём и выдача информации в регистре осуществляется в параллельном коде.

Такой, m-разрядный, регистр можно представить как совокупность одноразрядных регистров, имеющих общие шины управления. На рис. 1 представлен фрагмент схемы (3 разряда) регистра c приёмом информации параллельным однофазным кодом.

Рис. 1. Регистр для приёма информации параллельным кодом.

Схема данного регистра имеет выходную логику на элементах Э₁-Э₃, которая позволяет считывать информацию из регистра как в прямом, так и обратном коде в зависимости от значений разрешающего сигнала P2 и P1.

Регистр (рис.1.) выполнен на D-триггерах (T₁-T₃). Запись информации осуществляется по входам D в соответствии с уравнением D-триггера:

(1)

Входное слово X=x₃x₂x₁ поступает на входы D триггеров и при ТИ=1 записывается в регистр.

Считывание выходного слова У=y₃y₂y₁ производится через логические элементы 2И-НЕ - с прямых выходов Q₃Q₂ Q₁ или с инверсных выходов . При P_пр=1, P_обр=0, Y=X т.е. считывание происходит в прямом коде, а при P_пр=0, P_обр=1 Y=X, т.е. считывание происходит в обратном коде.

Сдвигающие регистры. В регистрах этого типа осуществляется сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов. 3а один такт происходит сдвиг на один разряд. Применяются эти pегистры в основном для преобразования параллельного кода в последовательный и наоборот, а также в арифметических устройствах при выполнении операций над специальными кодами. Сдвигающие регистры выполняются на D-триггерах.

На рис.2 представлена схема сдвигающего регистра, выполняющего операцию преобразования последовательного кода в параллельный.

Рис. 2. Сдвигающий регистр.

Число X=x₃x₂x₁ в последовательном коде поступает на вход D-триггера Т₃ младшим разрядом вперёд. При поступлении 1-го ТИ x₁ записывается в T₃. По второму ТИ x₁ переписывается в T₂, а в T₃ записывается x₂ и т.д.

Т аким образом, после трёх тактирующих импульсов всё число окажется записанным в регистр и может быть считано в параллельном коде с выходов Q₃,Q₂,Q₁ (Y=X) или . Процесс считывания организуется точно также как и в схеме на рис. 1.

На рис. 3 изображена схема сдвигающего регистра, выполняющего преобразование параллельного кода в последовательный.

Рис. 3 Сдвигающий регистр для преобразования параллельного кода в последовательный код.

Входное слово X=x₃x₂x₁ при P₁=[ТИ]=1 и P₂=0 записывается в T₃T₂T₁ точно также как и в схеме на рис. 3.1. Затем при P₂=[ТИ]=1 и P₁=0 происходит перезапись информации из T₃ в T₂, из T₂ в T₁ и т.д. Из младшего разряда в старший разряд по каждому тактирующему импульсу. Таким образом, на выходе последнего разряда Q₁ будут последовательно появляться x₃,x₂,x₁, т.е. входное слово X, представленное в параллельном коде будет преобразовано в выходное слово Y, представленное последовательным кодом.

В регистрах на схемах 3.1, 3.2, 3.3 количество триггеров в регистре зависит от разрядности преобразуемого машинного слова. Процесс записи, считывания и преобразования остаётся таким же, как было описано выше.

2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ С ПОМОЩЬЮ МАКЕТА УМ-11. Часть 1.

1. Для выполнения работы получить у преподавателя вариант входных слов X₁=x₃x₂x₁, табл.1.

Таблица 1.

Замечание. При сборке схем регистров для формирования кода слова и сигналов разрешения используются тумблерные регистры. При верхнем положении тумблера на верхнем гнезде формируется уровень лог.‘1’, а на нижнем лог.‘0’. Для индикации информации используются сигнальные лампы. Зажженная лампа соответствует логической ‘1’, потухшая - логическому‘0’.

2. Запись слова Х=x₃x₂x₁ в регистр параллельным кодом. Считывание слова из регистра в прямом и обратном кодах.

Собрать схему, представленную на рис. 4. В качестве логических элементов использовать элементы №1,2,5,6 на стенде, а в качестве триггеров D-триггеры №5,6,7,8,9,10.

Рис. 4 Схема регистра параллельного занесения на макете УМ-11.

а) записать входное слово X_i в регистр параллельным кодом. Для этого набрать на тумблерном регистре (ТР₁-ТР₃) входное слово и при подаче одного тактового импульса (ТИ) (нажатием кнопки «пуск») слово X_i запишется в регистр Т₁-Т₃.

б) считать слово из регистра в прямом коде. Для этого с помощью ТР₄ сформировать сигналы P_пр=1 и P_обр=0. На индикаторных лампах отразится содержимое регистра.

в) результаты занести в табл.2.

г) считать слово из регистра в обратном коде. Для этого с помощью ТР1 сформировать P_пр=0, a P_обр=1.

д) результаты занести в табл.2.

Действия по пунктам 2а-2д проделать для всех слов (X₁-X₃).

Таблица 2.

3. Запись слова Х в регистр последовательным кодом. Преобразование последовательного кода в параллельный код.

Собрать схему в соответствии с рис. 5.

Рис. 5 Схема сдвигающего регистра для занесения последовательного кода.

С помощью ТР₁ зафиксировать значение младшего разряда х₁ слова Х_i и подать один ТИ (нажатием кнопки «пуск» генератора одиночных импульсов). Разряд х₁ слова Х_i запишется в триггер Т₃. Затем аналогично записать разряды х₂ и х₁ слова Х_i. После каждого тактового импульса фиксировать в прямом коде состояние триггеров регистра в табл. 3. Проделать аналогичные шаги для остальных заданных преподавателем слов из табл. 3.1.

Таблица 3.3.

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.