Раздел 4, Цифровые узлы последовательного типа: регистры, счетчики, делители

К цифровым узлам последовательного типа относятся триггеры, регистры, счетчики, делители и другие узлы.

Регистром называют цифровой узел, предназначенный для записи, хранения и преобразования информации. Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых соответствует количеству разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение следующих операций:

1) установка регистра в нуль;

2) прием слова из другого устройства (регистра, сумматора, ЗУ и т.д.)

3) передача слова в другой регистр (в сумматор, ЗУ и т.д.);

4) преобразование кода числа (преобразование прямого кода в обратный и наоборот и др.);

5) сдвиг слова вправо или влево на требуемое число разрядов;       

6) преобразование последовательного кода слова в параллельный и наоборот;

7) логическое сложение;

8) логическое умножение;

9) поразрядное сложение.

Схемы конкретных регистров могут допускать выполнение лишь некоторых из указанных операции

Цифровым счетчиком называют функциональный узел, который осуществляет счет поступающих на его вход импульсов (счетных импульсов), формирует результат счета в заданном коде и при необходимости хранит его. Счетчики строятся на основе триггеров двухступенчатой структуры. Они используются для преобразования последовательностей адресов команд, для счета количества циклов выполнения операций и тл. Счетчики могут также выполнять операции приема и передачи кода

Делитель - это цифровой узел, предназначенный для деления числа входных импульсов или частоты их следования на заданный коэффициент. Большинство делителей построено на основе двоичных счетчиков, Особенность делителя состоит в том, что он имеет один выход. Делители могут иметь постоянное или переменное значение коэффициента деления. Делители могут быть построены по различным схемотехническим вариантам.

Изучение цифровых узлов последовательного типа следует начинать с рассмотрения регистров. Затем последовательно осваивать счетчики, делители и другие устройства.

Освоение цифровых узлов следует начинать с их определений, классификаций. Затем рассматривать принципы функционирования каждого схемотехнического варианта. При изучении каждого цифрового узла полезно рассмотреть конкретные примеры их применения.

При изучении регистров следует обратить внимание на особенности работы последовательных, параллельных и реверсивных регистров.

При        рассмотрении        счетчиков           необходимо обратить внимание на их классификацию по признакам, варианты схемных реализаций и принципы их работы.

При освоений делителей следует обратить внимание на особенности построения и функционирования делителей с постоянным и переменным коэффициентом деления. При изучении делителей полезно произвести сравнительный анализ достоинств и недостатков различных типов делителей.

Раздел 5. Цифровые узлы комбинационного типа: шифраторы, дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры

Цифровые узды подразделяются на функциональные узлы комбинационного и последовательного типов. Цифровые узлы последовательных типов изучаются в разделах 1.3, 1.4.

Комбинационными называют функциональные узлы, которые не содержат элементов памяти (триггеров). Состояние такого узла однозначно определяется комбинацией входных сигналов и не зависит от предыдущего состояния. К этому классу функциональных узлов относятся логические интегральные схемы, шифраторы, дешифраторы, кодопреобразователи, устройства сравнения, сумматоры, мультиплексоры.

Логические интегральные схемы выполняют операции конъюнкции, дизъюнкции, инверсии и более сложные логические операции И-НЕ, ИЛИ-HE, И-ИЛИ-НЕ и др. Они изучаются в разделах 1.1, 1.2.

На их основе строятся другие узлы: триггеры, шифраторы, дешифраторы, сумматоры, мультиплексоры и т.д.

Рассмотрение каждого цифрового узла комбинационного типа начинается с изучения их определений и классификации. Затем необходимо четко понять принципы их схемного построения и функционирования, технические характеристики. Наконец, дня закрепления материала по изучаемому цифровому узлу следует рассмотреть конкретные примеры его применения в схемах.

Рассмотрение цифровых узлов комбинационного типа следует начинать с шифраторов и дешифраторов.

При изучении шифратора необходимо понять, что он служит для преобразования напряжения высокого' уровня на одном из т входов в двоичный код, формируемый на п входах. При рассмотрении функционирования шифратора     необходимо

разобраться, что управляющий вход служит для разрешения или запрещения режима кодирования, два дополнительных выхода разрешают или запрещают сигнал переноса

Дешифратором называется комбинационная схема, осуществляющая выбор одного, из своих выходов и выдачу в него сигнала в зависимости от комбинации сигналов на его входах. При изучении дешифраторов следует обратить внимание, что эти цифровые узлы устанавливаются в схемах ЭВМ на выходах регистров или счетчиков и служат для преобразования кода слова, находящегося в регистре (в счетчике), в управляющий сигнал на одном из своих выходов. Кроме того, при рассмотрении принципов построения дешифраторов следует обратить внимание на особенности их построения различными способами, четко усвоить область применения каждого способа построения дешифраторов, их достоинства и недостатки.

Затем нужно рассмотреть кодопреобразователь, представляющий функциональный узел, который преобразует т- элементный параллельный код, поступающий на входы, в п- элементный параллельный код на выходах. При изучении этих узлов необходимо понять, что они применяются для перекодирования информации. При рассмотрении кодопреобразователей следует обратить внимание на широкое использование их для управления индикаторами различных типов.

Далее рассматриваются мультиплексоры и цифровые компараторы. Мультиплексоры (управляемый кодом коммутатор) предназначены для коммутации одного из т входов на выход. При освоении мультиплексора следует обратить внимание, что его выход обычно один и он может быть прямым или инверсным. При изучении цифровых компараторов важно отметить, что этот узел выполняет операцию сравнения двух кодов и формирует признак результата сравнения в виде напряжения высокого уровня на одном из выходов: равно, больше, меньше. Нужно подчеркнуть, что компараторы находят широкое применение в анализаторах логических состояний, в автоматических устройствах контроля управления и т.д.

Наконец, в завершение изучения раздела следует рассмотреть полусумматоры и сумматоры. Полусумматор - это цифровой узел с двумя входами и двумя выходами, выполняющий операцию арифметического сложения двух одноразрядных чисел. Для его реализации необходимы сумматор по модулю два и логический элемент И.

Для выполнения арифметических операций сложения, вычитания и других используются сумматоры. Следует понять, что сумматоры классифицируются: по разрядности чисел - на одно и       , многоразрядные, по организации переноса -, на

сумматоры с последовательным и параллельным переносом, Важно понять, что быстродействие сумматоров с последовательным переносом определяется временем распространения сигнала переноса через все его элементы, а у сумматоров с параллельным переносом быстродействие более высокое благодаря наличию в структуре схемы ускоренного формирования во все разряды