Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов высших учебных заведений по специальности 230101. 65 «Вычислительные машины, системы, комплексы и сети» (стр. 10 из 11)
Для нашей схемы быстродействие определяется временем срабатывания цепи переноса и триггера, т.е.
Туст.=tи+t+з.ф.+ t-з.ф.+ t-з.ф.тр.+ t-з.тр..,
где tи - длительность импульса;
t-з.ф.тр - время задержки отрицательного фронта триггера;
t- з.ф.тp. - время отрицательного фронта триггера;
t+з.ф.. - время задержки положительного фронта логического элемента.
При выводе формулы учтено, что в данной системе элементов задержка в срабатывании триггера будет наибольшей при переходе его из "1" в "0".
Рис. 5.12 Временные диаграммы двоично-десятичного счётчика в коде 8421
5.4 Порядок выполнения работы
1. В соответствии с полученным вариантом и табл. 5.8 синтезировать двоично-десятичный счётчик.
| Таблица 5.8 | ||||||
| Десятичная цифра | Коды | |||||
| 8421 | 2421 | 5221 | Джонсона | Грея | 8421+3 | |
| 0 | 0000 | 0000 | 0000 | 00000 | 0010 | 0011 |
| 1 | 0001 | 0001 | 0001 | 00001 | 0110 | 0100 |
| 2 | 0010 | 0010 | 0010 | 00011 | 0111 | 0101 |
| 3 | 0011 | 0011 | 0011 | 00111 | 0101 | 0110 |
| 4 | 0100 | 0100 | 0110 | 01111 | 0100 | 0111 |
| 5 | 0101 | 1011 | 1000 | 11111 | 1100 | 1000 |
| 6 | 0110 | 1100 | 1001 | 11110 | 1101 | 1001 |
| 7 | 0111 | 1101 | 1010 | 11100 | 1111 | 1010 |
| 8 | 1000 | 1110 | 1011 | 11000 | 1110 | 1011 |
| 9 | 1001 | 1111 | 1110 | 10000 | 1010 | 1100 |
2. Оформить отчёт, который должен содержать:
- матрицу переходов JK-триггера,
- таблицу переходов и функций возбуждения счётчика,
- эталонную диаграмму Вейтча,
- диаграммы Вейтча для функций возбуждения JK-триггера,
- минимизированные при помощи диаграмм Вейтча функции возбуждения JK-триггеров (все конъюнкции из получившихся выражений необходимо исключить),
-принципиальную схему синтезированного счётчика.
5.5 Вопросы для самостоятельной работы
1. Счётчик, модуль счётчика.
2. Количество триггеров для счётчика с модулем М.
3. Двоично-десятичный счётчик.
4. Синхронные и асинхронные счётчики.
5. Двухступенчатые триггеры с динамическим управлением записью: различия в работе, возможности при построении синхронных и асинхронных счётчиков.
6. Последовательные соединения счётчиков, модуль полученного каскада.
7. Быстродействие счётчиков.
8. Порядок проектирования синхронного счётчика.
9. Как получена диаграмма Вейтча?
10. Сохраняется ли состояние счётчика при отключении питания
11. Временная диаграмма работы счётчика.
- Примеры схемных решений приведены на рис. 5.13, 5.14.
Управляющие автоматы
Цель работы: изучение принципов построения управляющих автоматов с "жёсткой" логикой, приобретение навыков синтеза и анализа их работы.
Литература: /4/, с. 75-90, /8/, с. 324-348, /6/, с. 124-186.
6.1. Общая часть
Любое цифровое устройство можно рассматривать как устройство, состоящее из двух частей: операционного и управляющего блоков. Операционный блок, например АЛУ, характеризуется совокупностью определённых в нём микроопераций, каждая из которых представляет собой некоторый выполняемый в данном операционном блоке акт передачи или преобразования информации. Часть цифрового вычислительного устройства, предназначенного для выработки последовательности управляющих функциональных сигналов, называется управляющим блоком или управляющим устройством (УУ).
Формально УУ можно рассматривать как конечный автомат, определяемый:
1) множеством двоичных выходных сигналов,
2) множеством входных сигналов,
3) множеством подлежащих реализации программ,
4) множеством внутренних состояний.
Управляющие блоки называются управляющими автоматами. Поскольку эти автоматы задаются микропрограммами, они часто именуются микропрограммными автоматами.
Существуют два метода построения логики управляющих автоматов:
- с жёсткой логикой,
- с хранимой в памяти логикой.
Управляющие автоматы с "жёсткой" логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие распределённые во времени управляющие функциональные сигналы. В отличие от управляющих устройств, с хранимой в памяти логикой, у этих автоматов можно изменить логику работы только путём переделок схем автомата.
ЭВМ высокой производительности управляются автоматами с "жёсткой" логикой. Типичным применением такого автомата является устройство управления АЛУ.
Произведём синтез цифрового автомата, заданного микропрограммой (рис. 6.1). По микропрограмме строится соответствующий управляющий автомат Мили или Мура. Синтезируем автомат Мили, так как он имеет число состояний, как правило, меньше, чем число состояний эквивалентного ему автомата Мура. С этой точки зрения автомат Мили предпочтительнее.
Переход от микропрограммы к автомату Мили иллюстрируется рис. 6.2, на котором показаны микропрограмма и граф интерпретирующего её автомата Мили. Начало и конец микропрограммы представляются начальным состоянием автомата Q0.
Каждая дуга, выходящая из прямоугольника, представляющего микрокоманду, отмечается меткой X и символом состояния автомата. Исключение составляют дуги, идущие к конечной вершине, которые не отмечаются. Если несколько дуг с меткой X входят в один блок графа программы, то все они отмечаются одинаковым символом состояния. Условия перехода по микропрограмме от одной метки состояния к другой задают функции переходов. Эти условия записываются в виде конъюнкции осведомительных сигналов. Для каждого перехода фиксируется также набор выходных переменных, принимающих при переходе единичное значение (задание функции выходов).
От графа, интерпретирующего микропрограмму, можно перейти к её технической реализации. Зная число состояний автомата m, определим число триггеров, необходимых для реализации его памяти, K=log2m.
Для приведённого примера m=3 => K=log23 º2 требуется два триггера. Выберем для определённости D-триггера. Для триггеров составим таблицы состояний и истинности (табл. 6.1-6.2). Схема дешифрации состояний состоит из элементов D3.1, D3.2, D3.3 (рис. 6.3).
Примечание. Состояние триггера D1=1, D2=1 является запрещённым.
| Таблица 6.1 | Таблица 6.2 | ||||||||
| № | Q | D1 | D2 | № | D1 | D2 | Q0 | Q1 | Q2 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 2 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 2 | 1 | 0 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
На элементах D1.3, D4 собрана схема, вырабатывающая управляющие сигналы состояний Q0, Q1, Q2 и множество входных сигналов {U}. Схема функционирует так, что на её выходах только одно логическое значение "0", все остальные - "1". Зная этот выход (в разные моменты времени он разный) и граф микропрограммы, можно точно определить текущие и следующие состояния автомата, выходные управляющие сигналы.