2.3.3. Счетные узлы

При проектировании принципиальной схемы вычислителя приходится создавать схемы счетных устройств. В качестве основы для проектирования обычно используют различные микросхемы счетчиков. В структурной схеме вычислителя имеются счетчики, например счетчик сдвигов. Такие счетчики являются двоичными и поэтому для их построения целесообразно использовать простейшие микросхемы двоичных счетчиков.

На рис.6 приведен пример построения двоичного восьмиразрядного суммирующего счетчика.

Рис.6. Суммирующий счетчик

Представленный счетчик построен на двух микросхемах 155ИЕ5 (четырехразрядный двоичный суммирующий счетчик с асинхронным сбросом в нулевое состояние). При построении схемы предусмотрены: последовательная передача информации между микросхемами, вход R0 ─ предварительная асинхронная установка счетчика (нулевое состояние), вход C ─ счетный. Изменение состояния счетчика на выходах происходит при переходе 1-0 сигнала C. Выходы счетчика стандартные (двухстабильные).

2.3.4. Узлы с дешифраторами и мультиплексорами

Дешифраторы и мультиплексоры ─ комбинационные устройства, т.е. устройства у которых состояния выходов в любой момент времени однозначно определяются состояниями входов. Наиболее часто дешифраторы используются для формирования различных управляющих сигналов. Например, сигналов CS ─ “выбор корпуса” для микросхем памяти при построении модуля памяти. Интегральные микросхемы дешифраторов являются линейными дешифраторами и из всех возможных принципов построения дешифраторов имеют наивысшее быстродействие. Поэтому при проектировании схем устройств целесообразно использовать микросхемы дешифраторов, а не реализовывать дешифраторы на микросхемах простейшей логики (И-НЕ). Если требуется дешифратор с большим количеством выходов, чем имеется у микросхем, то, используя входы стробирования, можно объединять микросхемы в группу, реализующую одну функцию дешифрации. Таким образом, можно создавать дешифраторы с различным количеством выходов.

Пример построения дешифратора на 16 выходов приведен на рис. 7. Для построения использована микросхема 155ИД4 - два дешифратора на 4 выхода с общим управлением, каждый из них имеет по два входа стробирования. Такая организация микросхемы позволяет реализовать либо два параллельно работающих дешифратора, что даёт возможность увеличить нагрузочную способность выходов дешифратора, либо один дешифратор на 8 выходов. Во втором случае нужно соединить входы 2 и 14 (для организации третьего разряда управляющего слова), 1 и 15 (для организации общего входа стробирования активного низким уровнем).

Дешифратор на 16 выходов требует две микросхемы 155ИД4 и один элемент микросхемы 155ЛН1, при этом управляющее слово имеет 4 разряда (D0 ─ D3), а вход стробирования отсутствует.

Рис.7. Дешифратор

Мультиплексор ─ устройство, подключающее один из информационных входов к единственному выходу. Номер подключенного входа определяется состоянием управляющего слова. Так же, как и у дешифратора, у мультиплексора имеется вход стробирования, при активном состоянии сигнала стробирования (обычно низким уровнем) операция мультиплексирования разрешена.

В связи с функциональной универсальностью мультиплексоров в сериях интегральных микросхем имеется большое разнообразие микросхем мультиплексоров.

При выполнении курсового проекта мультиплексоры можно использовать для организации передачи информации от регистров хранения операндов к сумматору.

Для реализации операций умножения и деления необходимо на один вход сумматора подавать информацию с выходов различных регистров. С целью получения работоспособного устройства для осуществления такого соединения необходимо использовать либо регистры с трехстабильным выходом, либо мультиплексор , установленный между регистрами и сумматором. Пример подобного использования мультиплексора приведен на рис. 8.

Мультиплексор выполнен на микросхемах 555КП16 (2шт.) и предназначен для передачи информации от восьмиразрядных регистров RA и RB к восьмиразрядному входу сумматора (шина DO). Управляющие входы соответственно соединяются и образуют общие входы управления, на которые подаются сигналы у0 и у1. Сигнал у0 предназначен для выбора регистра , который будет подключен к сумматору, при у0=0 подключается регистр RA, при у0 =1 подключается регистр RB. Сигнал у1 ─ сигнал стробирования, который может быть использован для увеличения разрядности мультиплексора.

Если сигнал стробирования не используется, то этот проводник должен быть подключен к общему проводу, так как сигнал стробирования активен низким уровнем. Обязательно нужно учитывать, что на логической схеме устройства подобный мультиплексор обязательно отсутствует, т. к. не выполняет никаких функций в процессе вычислений. Следовательно, в составе управляющих сигналов, предназначенных для выполнения вычислений, отсутствуют сигналы у0 и у1 управления мультиплексором.

После принятия решения об используемом оборудовании необходимо провести коррекцию структурной логической схемы и добавить сигналы управления либо мультиплексором, либо третьим состоянием регистров в общем списке управляющих сигналов.

Рис.8. Мультиплексор

Помимо основного функционального использования мультиплексоры могут быть применены в качестве постоянного запоминающего устройства с малым объемом памяти. Например, для хранения констант коррекции при выполнении вычислений с данными, представленными в двоично-десятичной системе. Такое применение мультиплексора показано на рис. 9.

Рис.9. Мультиплексор ─ ПЗУ

На рисунке представлена схема использования мультиплексора в качестве ПЗУ, в котором хранятся значения констант коррекции (КК) для одной тетрады двоично-десятичного числа.

Для управления мультиплексором ─ ПЗУ вводятся две новые управляющие переменные у1 и у2. Переменная у2 определяет выбор значения константы коррекции: при у2 = 0 КК = 3, при у2 =1 КК = 6. Переменная у1 управляет выходом микросхемы: при у1=1 выходы микросхемы находятся в третьем стабильном состоянии, при у1= 0 на выходах микросхемы имеются значения константы коррекции , определяемой переменной у2.

Такой подход к формированию констант коррекции позволяет обойтись без регистров для хранения КК, т. к. мультиплексор, имеющий третье стабильное состояние, может быть подключен непосредственно ко входам сумматора.

Использование мультиплексора в качестве ПЗУ может реализовать функцию преобразования кодов.

Дешифраторы и мультиплексоры находят широкое применение в устройствах, у которых требуется фиксация одного из состояний многоразрядных двоичных слов, например при построении схем клавиатур.