Лабораторная работа №2

Министерство образования Российской Федерации
Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
Отчет по лабораторной работе №3
Проектирование и исследование регистров
Вариант №5
	Выполнил:	студент группы
		XXX-XX ФИРТ
		Xxxxx X.X.
	Проверил:	Xxxxx X.X.
Уфа – 2004

Цель работы:

Изучение схемных разновидностей регистров, выполняемых на них микроопераций и овладение методами проектирования регистров.

Краткие теоретические сведения:

Регистром называется упорядоченная последовательность триггеров, предназначенная для хранения слов и выполнения микроопераций над ними. Микрооперация - это элементарное машинное действие, в результате которого изменяется значение слова или осуществляется его пересылка. Обобщенная структура регистра представлена на рис. 1, где КС - комбинационная схема; - выходы i-х триггеров (i=1,…,n); - функции возбуждения триггеров (например, , , , , , и т. д.); С и Т - тактирующие входы соответственно триггеров и регистра, которые в конкретных схемах могут отсутствовать.

Число разрядов (триггеров) называют длиной регистра. Регистр может находиться в состояниях, т. е. в него можно записать различных слов.

Рисунок 1 - Обобщенная структура регистра

Различают синхронные и асинхронные регистры. В синхронных регистрах микрооперации выполняются по тактирующему сигналу Т. Настройка регистра на соответствующую микрооперацию осуществляется предварительной установкой на управляющих входах кода микрооперации . Число разрядов в коде определяется из соотношения , где k - количество микроопераций.

В асинхронных регистрах тактирующий вход Т отсутствует. Каждая i-я микрооперация выполняется под действием собственного управляющего сигнала . Количество таких сигналов равно числу микроопераций k, т. е. в общем случае больше, чем разрядов в коде микрооперации синхронного регистра.

При выполнении микроопераций в каждом разряде регистра осуществляется одинаковое преобразование информации. Характер микрооперации можно описать через состояния сигналов в момент времени, предшествующий выполнению микрооперации (), и в момент завершения микрооперации ().

Наиболее часто на регистрах выполняют микрооперации занесения (приема, записи) слова параллельным кодом, сдвига слова, а также установки исходного (обычно нулевого) состояния.

Занесение слова осуществляется через информационные входы (i=1,…,n). Для i-го разряда регистра можно записать =, т. е. при выполнении этой микрооперации в i-й разряд регистра записывается значение сигнала на входе .

Регистры, на которых выполняются микрооперации сдвига, называются сдвиговыми. Сдвиг слова может быть осуществлен влево (в сторону старших разрядов) или вправо (в сторону младших разрядов) на i разрядов одновременно, где i=1,…,n-1. Регистры, имеющие цепи как левого, так и правого сдвига, называются реверсивными. Сдвиг слова влево и вправо, например, на один разряд можно описать соответственно как и .

Установка нулевого состояния регистра () осуществляется, как правило, через асинхронные установочные входы триггеров.

С помощью регистров можно выполнять и другие преобразования информации, например, поразрядные логические операции: конъюнкция (); дизъюнкция (); неравнозначность (); инвертирование разрядов () и т. д.

Задание:

1. Построить четырехразрядный синхронный регистр для выполнения микроопераций, заданных в табл. 1, где - сдвиг влево на один разряд; - сдвиг вправо на один разряд; - прием слова параллельным кодом; - дизъюнкция; - инвертирование разрядов.

Таблица 1

			Микрооперации
			Номер пункта задания
			1	2	3
1	0	1	,,	,	,

Для построения регистра можно использовать логические элементы, указанные в табл. 2, а также RS-, JK-, Т- или D-триггеры.

Таблица 2

			Логические элементы
			Номер пункта задания
			1	2	3
1	0	1	2ИЛИ-НЕ	2И, 3ИЛИ-НЕ	3И-НЕ

Значения в табл. 1 и 2 определяют вариант задания. Для выбора варианта необходимо его номер представить в двоичной системе счисления и обозначить шесть младших разрядов в виде слова .

5 = (101)₂;

Определить требуемую организацию триггеров (с внутренней задержкой или без внутренней задержки) и построить схему регистра с цепями выдачи прямого кода. Предусмотреть установку регистра в нулевое состояние, используя асинхронные входы . С помощью временной диаграммы определить параметры регистра t и f, обозначив задержку сигналов логическими элементами через , а время переключения триггера как .

2. Построить 4-разрядный синхронный регистр в соответствии с табл. 3 и 4, выполнив этапы, аналогичные п.1 задания. Регистр должен иметь выводы с тремя состояниями. Для построения регистра использовать асинхронные RS-, JК- или Т-триггеры.

3. Аналогично требованиям п.1 и п.2 задания выполнить синтез 4-разрядного асинхронного регистра на асинхронных RS-, JK-или Т-триггерах в соответствии с табл. 3 и 4. Предусмотреть в регистре цепи выдачи информации в прямом и обратном коде.

Выполнение:

1. Построим четырехразрядный регистр для выполнения микроопераций y₂ () – сдвиг слова вправо на один разряд, y₃ (=) – прием слова параллельным кодом, y₄ () – дизъюнкция. Для построения регистра используем логические элементы 2ИЛИ-НЕ, а также RS-, JK-, Т- или D-триггеры.

Коды микроопераций

S1
0S2	0	Хранение
0	1
1	0	=
1	1

Таблица истинности переходов i-го разряда
0	0	0	0	0	0	0	*	0	0	*	0
0	0	0	0	1	1	1	0	*	*	0	0
0	0	0	1	0	0	0	*	0	0	*	0
0	0	0	1	1	1	1	0	*	*	0	0
0	0	1	0	0	0	0	*	0	0	*	0
0	0	1	0	1	1	1	0	*	*	0	0
0	0	1	1	0	0	0	*	0	0	*	0
0	0	1	1	1	1	1	0	*	*	0	0
0	1	0	0	0	0	0	*	0	0	*	0
0	1	0	0	1	0	0	1	0	*	1	1
0	1	0	1	0	1	1	0	1	1	*	1
0	1	0	1	1	1	1	0	*	*	0	0
0	1	1	0	0	0	0	*	0	0	*	0
0	1	1	0	1	0	0	1	0	*	1	1
0	1	1	1	0	1	1	0	1	1	*	1
0	1	1	1	1	1	1	0	*	*	0	0
1	0	0	0	0	0	0	*	0	0	*	0
1	0	0	0	1	0	0	1	0	*	1	1
1	0	0	1	0	0	0	*	0	0	*	0
1	0	0	1	1	0	0	1	0	*	1	1
1	0	1	0	0	1	1	0	1	1	*	1
1	0	1	0	1	1	1	0	*	*	0	0
1	0	1	1	0	1	1	0	1	1	*	1
1	0	1	1	1	1	1	0	*	*	0	0
1	1	0	0	0	0	0	*	0	0	*	0
1	1	0	0	1	1	1	0	*	*	0	0
1	1	0	1	0	0	0	*	0	0	*	0
1	1	0	1	1	1	1	0	*	*	0	0
1	1	1	0	0	1	1	0	1	1	*	1
1	1	1	0	1	1	1	0	*	*	0	0
1	1	1	1	0	1	1	0	1	1	*	1
1	1	1	1	1	1	1	0	*	*	0	0