Горнец Н.Н., Рощин А.Г. Организация ЭВМ и систем (2006) (1186251), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Счетчики предназначены для подсчета числа входных сигналов. Обычно входными сигналами являются импульсы напряжения. Результат счета — это число, представленное в дво- Параллельные выходы Параллельные входы Рнс. 3.32. Преобразователь параллельного кода в последовательный 63 ичной или двоично-десятичной системе счисления.
В двоичном счетчике число разрядов зависит от модуля счета М (коэффициента пересчета), который определяет число состояний счетчика, При поступлении на вход счетчика М импульсов счетчик возвращается в исходное состояние, после этого состояния счетчика повторяются. Модуль счета на единицу больше максимального числа К,„, которое может зафиксировать счетчик. В двоичных счетчиках с естественным порядком счета М= 2", где и — разрядность счетчика. Тогда К,„= 2" — 1.
Такие счетчики имеют наиболее простую схему и строятся на Т- или ХК-триггерах. В зависимости от направления счета счетчики могут быть суммирующими, вычитающими и реверсивными. Суммирующие счетчики при поступлении каждого входного импульса увеличивают показания на единицу, вычитающие — уменьшают. Ревереивиые счетчики могут работать как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания.
Схемы трехразрядных двоичных счетчиков показаны на рис. 3.33, 3.34. Счетчики построены на двухтактных Т-триггерах с дополнительными входами для установки счетчика в начальное состояние. В суммирующем счетчике начальное (нулевое) состояние счетчика задается управляющим сигналом «Уст. О» (см. рис. 3.33, а). Входные импульсы У'(г) поступают на вход триггера младшего разряда Т. Зтот триггер изменяет состояние по спаду каждого входного импульса, остальные триггеры меняют состояние по спаду сигнала на прямом выходе триггера соседнего младшего разряда. Таким образом„второй триггер меняет состояние после каждого второго импульса, третий — после каждого четвертого и т.д. Прн подаче на вход счетчика последовательности импульсов счетчик меняет состояния в соответствии с временнбй диаграммой (см.
рис. 3.33, б). Так как триггер с выходом Ц, фиксирует младший разряд результата счета, то состояния счетчика меняются в пос- «Уст «У Ряс. 3.33. Суммируюшнй счетчик; а — схема; 6 — временная диаграмма работы; в — УГО 0а Рис.
3.34. Вычитающий счетчик: е — схема; б — временная диаграмма работы ледовательности, соответствующей логике работы суммирующего счетчика по модулю 8: Озгег(ег 000 + 001 + 010 + 011 + 100 + 101 + 110 + 111 + -+ 000 ... Условное графическое обозначение суммирующего счетчика показано на рис. 3.33, в. В вычитающих счетчиках на входы старших разрядов подаются сигналы с инверсных выходов триггеров младших разрядов. В начальном состоянии счетчика все триггеры установлены в состояние «1» сигналом «Уст. 1» (см. Рис. 3.34, а). При поступлении входных импульсов первый триггер меняет состояние по спаду каждого входного импульса, а все остальные — по спаду сигнала на инверсном выходе триггера соседнего младшего разряда. Последовательность изменения состояний счетчика показана на временной диаграмме (см.
Рис. 3.34, б) и соответствует логике работы вычитающего счетчика по модулю 8: (езотог = 111 — » 110 -+ 101 -~ 100 -+ 001 -+ 010 -+ 001 -+ 000 -» -» 111 ... В рассмотренных счетчиках входной сигнал (в худшем случае) должен последовательно пройти через все триггеры. Такие счетчики называются счетчиками с последовательными переносами. Для повышения быстродействия используют схемы со сквозными или параллельными переносами. В счетчиках со сквозными переносами сигнал переноса последовательно проходит мимо каждого триггера, находящегося в состоянии «1», через вентиль на два входа.
В таком счетчике время установления состояния пропорционально числу вентилей, т.е. разрядности счетчика. Схема суммирующего счетчика со сквозными переносами показана на рис. 3.35. Счетчики с параллельными переносами используют вентили с большим числом входов. Это позволяет сигналам переноса прохо- 3 Го»нги Рис. 3.35. Счетчик со сквозными переносами дить мимо группы триггеров, находящихся в состоянии «1».
Схема суммирующего счетчика с параллельными переносами показана на рис. 3.36. Двоична-десятичные счетчики. Ранее рассмотренные счетчики являются счетчиками по модулю М = 2", где и — целое число (М = 2, 4, 8, ...). В некоторых схемах используют счетчики с модулем, отличным от М= 2". Например, в электронных часах используют счетчики по модулю 1О для подсчета единиц секунд, минут и часов, счетчики по модулю 6 для подсчета десятков секунд и минут, а также счетчики по модулю 2 или 3 для подсчета десятков часов. Схемы счетчиков с произвольным модулем счета могут быть построены с применением теории автоматов как автоматы с памятью. Для построения таких счетчиков можно применить упрощенный метод.
Его суть сводится к использованию известных схем счетчиков по модулю М = 2", где М > М „(М „— требуемое значение модуля счета). Схема счетчика дополняется схемой принудительного сброса счетчика в состояние «0» при поступлении на вход числа импульсов, равного требуемому значению модуля счета. В частности, для построения счетчика по модулю 10 (двоичнодесятичного счетчика) используется счетчик по модулю 16, т.е. четырехразрядный суммирующий двоичный счетчик. Такой счетчик может быть использован, например, в качестве счетчика единиц секунд электронных часов.
В этом случае на его вход подаются импульсы частотой 1 Гц. Схема принудительного сброса счетчика Рис. 3.36. Счетчик с параллельными переносами 66 Рис. 3.37. Двоично-десятичный счетчик в состояние «О» может быть выполнена в виде элемента И (рис. 3.37). Исходное (нулевое) состояние счетчика устанавливается сигналом «Уст. О». При поступлении входных импульсов У' счетчик начинает их подсчет как суммирующий двоичный счетчик. После девятого импульса счетчик переходит в состояние «1001», С приходом десятого импульса на всех'входах элемента И устанавливаются единичные значения и сигнал с его выхода обнуляет счетчик.
При поступлении следующих импульсов состояния счетчика меняются в соответствии с логикой работы счетчика по модулю 10 ((г«ДзДзо, = 0000 -+ 0001 -+ 1000 -+ 1001 — » 0000 -+ 0001„,), Сигнал с выхода элемента И может быть использован как входной для последующей схемы (например, для счетчика десятков секунд). Такой счетчик выполняет функцию делителя частоты на 10. Контрольные вопросы 1. Перечислите составнгяе части компьютера в порядке уменьшения функциональной сложности. 2.
Чем различаются узлы комбинационного и накапливаюшего типов? 3. Что такое логический элемент? 4. Что такое функционально полная система логических элементов? 5. Что такое состояние триггера? б. Почему триггер имеет два устойчивых состояния? 7. Чем различаются асинхронный и синхронный триггеры? 8. Что такое таблица переходов триггера? 9. В каких случаях используются двухтактные триггеры? 10.
Чем различаются триггеры разных типов? 11. Почему асинхронный Р-триггер не используют в качестве элемента памяти? 12. Какие сигналы нужно подать на входы синхронного ЯЯ-триггера, чтобы записать в него «1»? 13. Что такое дешифратор? 67 14. Сколько входов и выходов имеет одноразрядный сумматор? 15. Чем различаются сумматоры с последовательными, сквозными и параллельными переносами? 16. Почему для сложения тетрад двоично-десятичных чисел нельзя использовать обычный двоичный сумматор? 17. Как получить ДК отрицательного двоично-десятичного числа? 18.
Для чего используют мультиплексоры? 19. Из каких элементов состоит регистр? 20. Почему для сдвига данных используют двухтактные триггеры? 21. Поясните принцип работы преобразователя параллельного кода в последовательный, 22. В чем состоит отличие схем суммирующего и вычитающего счетчиков? 23. Поясните способ построения счетчиков с произвольным модулем. ГЛАВА 4 АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО 4.1. Организация АЛУ Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций над данными различного формата. В зависимости от характера выполняемых операций и формата данных различают следующие типы операций в АЛУ: арифметические операции над целыми числами с ФТ (операции целочисленной арифметики); арифметические операции над числами с ПТ; арифметические операции над двоично-десятичными числами (операции десятичной арифметики); логические операции. В зависимости от набора операций и особенностей реализации алгоритмов их выполнения организация АЛУ может быть различной.
По характеру использования аппаратных средств различают многофункциональные и блочные АЛУ. В много4ункциональных АЛУ все операции выполняются с использованием в основном одних и тех же аппаратных средств, которые настраиваются на заданный тип операции. Блочные АЛУ включают в себя отдельные блоки для операций различного типа. Эти блоки могут работать параллельно, что повышает быстродействие АЛУ, однако требует больших затрат на оборудование. Арифметико-логическое устройство можно рассматривать как композицию двух основных частей: операционного блока (ОБ) и блока управления (рис. 4.1).
Операционный блок выполняет преобразование данных, опРеделяемое кодом операции. Блок управления организует работу операционного блока, формируя необходимые управляющие сигналы. На ОБ поступают операнды, а на его выходе формируется Результат операции. В ходе выполнения операции ОБ вьщает признаки (условия), характеризующие промежуточные и окончательные результаты. К таким признакам относятся, например, знаки операндов, равенство результата нулю, значение цифры множителя при умножении, знак остатка при делении и т.д. В зависимо- 69 Ко Сигнал Рис. 4.1. Обобщенная структура АЛУ сти от кода операции и значений признаков БУ выдает последовательность управляющих сигналов.
После окончания операции он выдает сигнал готовности к выполнению следующей операции. Операционный блок состоит из регистров и комбинационных схем. В зависимости от организации связей между регистрами и комбинационными схемами различают АЛУ с жесткой и магистральной структурами. В АЛУ с «жеслгкой» структурой комбинационные схемы закреплены за определенными регистрами (рис. 4.2). Между регистрами и комбинационными схемами существуют постоянные связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
