Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 2. Проектирование устройств на цифровых ИС (1987) (1092082), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Чтобы можно было вывести байт, находящийся в нижнем ряду стека, необходимо сначала вывести банты, расположенные выше. Особую группу составляют регистры на триггерах с раздельным выбором. В таком регистре каждый отдельный триггер может выполнять свою специфвческую функцию, получая информацию от самых разных источников. Так, например, часть информации регистра (несколько бит) может служить основной, или собственно информацией, а другая часть может использоваться в целях управления.
Первая часть информации хранится в регистре долго, в то время как вторая может часто меняться, тем самым расширяя возможности манипулирования процессом управления. Но в чем все-таки отличие регистра от накопительного, илн запоминающего, устройства в полном смысле слова? Строго говоря, различия между ними нет, хотя в цифровой технике з1П Глава 5 его иногда и делают. Все запоминающие устройства и все регистры используются для записи и преобразования информации, имеющей внд многоразрядных двоичных чисел.
Одна группа элементов памяти может хранить информацию в течение долгого времени, другая служит только для ее кратковременного хранения. Элементы кратковременного хранения данных (оперативные ЗУ) используются в ЭВМ при обработке информации в счетчиковых модулях. Доступ к информации, хранимой этими элементами, должен быть прямым и быстрым. Эти ЗУ входят в качестве составных частей в центральный блок обработки ЭВМ. Функции регистров и их число в ЭВМ постоянны. Другая группа элементов памяти сообщает ЭВМ, каким специфическим указаниям она должна следовать.
Эти указания записаны в программе. В зависимости от назначения ЭВМ программа ее может содержать от нескольких сотен до нескольких тысяч указаний. Устройства записи (накопители), предназначенные для хранения программ, с которыми потребитель ЭВМ манипулировать не должен, называются ПЗУ (постоянные запоминающие устройства).
Таким ЗУ может служить устройство записи и воспроизведения или (что обычно имеет место) устройство, способное только считывать информацию. В первом случае говорят об устройстве оперативной памяти с произвольным доступом — ОЗУ (ВАМ вЂ” Капдот Ассезз Метогу), во втором случае речь идет о постоянном запоминающем устройстве — ПЗУ (КОМ вЂ” Кеаб Оп1у Метогу).
Если емкость ОЗУ данной ЭВМ недостаточна (количество регистров мало), то оперативную информацию, необходимую для работы машины, можно ввести и в устройство памяти с произвольным доступом. Устройство памяти в ЭВМ представляет собой отдельный блок. Разработчики ЭВМ предусматривают ЗУ с такой емкостью, которая им представляется необходимой для хранения программ и оперативной информации.
В распоряжении проектировщиков цифровой аппаратуры имеется множество элементов памяти в виде ИС, обладающих самой разной емкостью. Укажем здесь, кстати, что для емкости ЗУ существует специальное условное обозначение. Обычно ЗУ рассчитываются на хранение многоразрядных двоичных чисел, поэтому отобразить в виде десятичного числа весь объем информации бывает неудобно или даже затруднительно.
В запоминающем устройстве емкостью 1000 байт (строго говоря, 1024 байт), имеющем 10 селектнрующих линий, невозможно обеспечить выбор каждого из указанного числа байт. Для их обозначения используют десятичное число, которое сокращенно записывается как 1К. Условное обозначение ЗУ емкостью 1024 восьмиразрядных слов имеет вид ЗУ-1К8. Когда зм Регистры говорят о ЗУ на 1 К, 4К или 8К, то под этими обозначениями подразумевают элемент памяти в виде ИС, содержащий на одном кристалле соответственно !024, 4096 или 8192 бит.
При этом ширина блока памяти составляет 1 бит. Для получения блока памяти в один байт восемь таких ИС соединяются параллельно и образуют ЗУ на 1К8, 4К8 илн 8К8. 5.2. Применение регистров Всюду, где проводится обработка информации, ее необходимо длительно или кратковременно хранить. Как уже было сказано, в этих целях в качестве элементов памяти можно применять регистры. Кратко пояснить работу регистра в этой роли можно на нескольких конкретных примерах. Один из наглядных примеров, который легко можно представить, — это применение одного нли нескольких регистров для управления моделью железной дороги.
Работой модели управляет ЭВМ, которая получает необходимые данные из ПЗУ, обрабатывает нх и подготавливает указания, поступающие опять на исполнительные устройства модели. Как показано на рис. 5.1, для согласования ЭВМ с исполнительными устройствами модели используется управляющий регистр. Управляющий регистр и электронные управляющие устройства вырабатывают для каждого участка дороги ток привода локомотивов, управления стрелками и светофорами.
Каждый бит в регистре несет свою функцию. Один бит управляет током привода локомотива, другой — током переключения стрелок, третий — током сигнальных ламп в светофорах. Если данный бит имеет значение логической 1, то в схеме под его влиянием что-то совершается, например локомотив получает ток привода, переключается стрелка нли на лампу светофора подается напряжение. Если же данный бит соответствует логическому О, то на работу схемы в данный момент он влияния не оказывает.
Движение локомотива, переключения стрелок и светофоров — все это операции несравнимо более медленные, чем темп обработки информации в микропроцессоре. Так, например, чтобы локомотив двигался, ток привода должен равномерно подаваться на участок дороги в течение нескольких секунд.
Разумеется, заставить машину ожидать окончания этой операции было бы крайним расточительством ее рабочего времени. Здесь как рас н находит применение регистр, которому на указанное время передается функция управления, а ЭВМ в это время продолжает свою работу, проводя, например, обработку информации для управления миганием светофоров на том же участке дороги. Разумеется, включение и выключение режима мигания сигнальных ламп тоже может быть функцией ЭВМ. Рис. 5.1. Регистр для длительного хранения информации управления, посту- пающей от ЭВМ, в модели железной дороги.
о схема, б в е — способы обозначении групп свгнальных линна (ынн данных). Регистры В нашем примере использован восьмиразрядный регистр, который загружается необходимыми данными по команде 10%(Т.), поступающей с собирательной шины ЭВМ. Сигнал 10% — это короткий импульс, который подается на тактовый вход триггера в регистре. Если желательно загрузить несколь- ко регистров, то сделать это можно последовательно, вводя информацию в один регистр за другим. Селектировать соот- ветствующие указания в виде двоичных сигналов 1/О может также ЭВМ.
На приведенной структурной схеме группы сигнальных ли- ний обозначены в виде широких полосок со стрелками, кото- рые показывают направление потока информации. Заметим по- путно, что существуют два способа обозначения на схемах групп сигнальных линий. Оба способа показаны на рис. 5.1, б и в. Первый способ обозначения линий показан на рис. 5.1,6. Эти группы линий обозначены полосками, которые называют шинами данных.
Стрелки на концах полосок указывают, явля- ется ли поток данных входящим или исходящим. Если потоки данных распространяются по шине в обе стороны, то стрелки проставляются с обеих сторон. Соединение шины с логической схемой и с центральной шиной (в качестве которой на нашей схеме служит шина данных) часто осуществляется с помощью устройств согласования, рассмотренных в гл. 1 этого тома. Второи способ обозначения групп сигнальных линий показан на рис. 5.1,в. Видно, что группы линий обозначены одной ли- нией с поперечными штрихами и цифрой у каждого штриха.
Цифры указывают число проводов в данной группе, что очень удобно и экономно, Очень часто оба способа обозначения используются совмест- но, при этом, например, один применяется для обозначения шин данных, а другой — для обозначения шин управляющих сигналов. Это показано на рис. 5.2. Такое использование ус- ловных обозначений позволяет лучше различать разнородные шины на одной структурной схеме. 5.3. Регистры в микропроцессоре Примером применения регистров может служить ЭВМ, структурная схема которой показана на рис. 5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
