Моделирование регистров

Практическая работа №4

Цель

Целью практической работы является моделирование работы цифровых регистров.

Краткие теоретические сведения Регистры ­ это узлы ЭВМ, служащие для хранения информации в виде машинных слов

или их частей, а также для выполнения над словами некоторых преобразований. С помощью регистра можно выполнять следующие операции:

•установка всех разрядов регистра в состояние логического нуля или логической единицы;

•прием и хранение в регистре и ­разрядного слова;

•сдвиг хранимого в регистре слова вправо или влево на заданное число разрядов;

•преобразование параллельного двоичного кода в последовательный, и наоборот.

Регистр состоит из связанных друг с другом триггеров, каждый из которых служит для

хранения 0 или 1. Количество триггеров определяет разрядность регистра.

Рис. 1. Условное обозначение (а) и функциональная схема (б) двухразрядного регистра

В зависимости от выполняемых функций регистры подразделяются на параллельные и сдвиговые.

На рис. 1, а приведено условное обозначение простейшего двухразрядного параллельного регистра, выполненного на RST-­триггерах, а на рис. 15, б показана его функциональная схема. Для записи информации в двоичном коде сначала выполняют операцию обнуления триггеров путем подачи соответствующих сигналов на все R­ и S­входы. После этого через S­-входы осуществляют либо переключения триггеров (для записи «1»), либо не меняют их состояния (для сохранения «0»). Считывание информации, заключенной в регистре, производится с Q­ выходов триггеров регистра.

Важнейшими показателями регистра являются число разрядов и быстродействие устройства. Низкое быстродействие ограничивает максимальную частоту тактовых импульсов системы управления, которая обеспечивает запись, считывание и простейшую обработку информации.

Операция сдвига достигается в сдвиговых регистрах путем перемещения информации вправо и влево ­ в соответствии с операциями деления и умножения двоичных чисел на значения (n=0, 1, 2...). В регистрах сдвига обычно применяют соединенные последовательно D­-триггеры с тремя входами: информационным (D­-вход), сдвигающим (С-­вход) и установочным (R­- вход). При этом C­ и R-­входы всех триггеров объединяют для одновременного управления (при сдвигах или установке нуля) всем устройством.

Задание на практическую работу

1. Смоделировать работу параллельного четырехразрядного регистра на RS-триггерах, схема которого представлена на рис. 2. Ключи D0­-D3 обеспечивают подачу на соответствую­щие разряды регистра записываемого четырехразрядного слова, т.е. сигналов логического нуля или логической единицы. При подаче сигнала логической единицы с ключа. Запись записываемое слово начинает воздействовать на входы SRS­- триггеров через элементы И (AND).

Рисунок 2

Запись слова в регистр производится по сигналу запуска процесса моделирования (Simulation Start), что может быть проконтролировано на дисплеях Q0-­Q3.

Запишите в регистр произвольное четырехразрядное двоичное слово и убедитесь в правильности его записи.

Считывание хранимого в регистре слова может осуществляться в прямом или обратном коде, в зависимости от положения ключей Считывание в прямом коде/Считывание в обратном коде. Считывание производится по сигналу запуска процесса моделирования

(Simulation Start).

Произведите считывание записанного в регистре слова в прямом и обратном коде и убедитесь в правильности его считывания.

Обнуление всех разрядов регистра производится путем подачи сигнала логической

единицы с ключа Установка 0 и запуска процесса моделирования. Произведите обнуление всех разрядов регистра.

Рисунок 3

2. Смоделировать работу четырехразрядного сдвигающего регистра на 0­триггерах, схема которого представлена на рис. 3. В схеме моделирования применяются D­-триггеры на основе JK­-триггеров, которые моделировались в предыдущей лабораторной работе. Требуется собрать схему D­-триггера в соответствии с рис. 18 в отдельном окне моделирования, выделить все элементы схемы и, используя опцию меню Редактирование\Создать подсистему (Edit\Create Subsystem), создать блок D­-триггера, который будет использован в схеме моделирования сдвигающего регистра (рис. 4).

Рисунок 4

В схеме моделирования применяются блоки Память (Memory), которые находятся в библиотеке Simulink/Non­linear и необходимы для запоминания предыдущего состояния триггеров в процессе моделирования. В схеме моделирования используются два блока Ступенчатое воздействие (Step, Stepl), которые в комбинации с сумматором формируют одиночный импульс на входе сдвигающего регистра. В блоке Step нужно установить Step time: 1, Initial value: 0, Final value: 1. В блоке Stepl нужно установить Step time: 2, Initial value: 0, Final value: ­1. Последовательный сдвиг импульса на один разряд от триггера D к триггеру D3 будет осуществляться с приходом каждого нового синхроимпульса от генератора синхроимпульсов Clock.

Результатом моделирования должна быть временная диаграмма на осциллографе (рис. 5), иллюстрирующая последовательный сдвиг импульса от триггера D к триггеру D3 с приходом на вход регистра каждого нового синхроимпульса.

Контрольные вопросы

1.Каково назначение регистров?

2.Перечислите операции, которые можно выполнить над словами, хранящимися в регистре.

3.Назовите различия между регистрами параллельными и сдвиговыми.

4.Каким арифметическим операциям соответствует операция сдвига числа, хранящегося в сдвиговом регистре?

5.Какие элементы из библиотек системы Simulink необходимо использовать при моделировании работы регистров?

6.Как выглядит стандартизированное условное изображение регистра?

Содержание отчета

1.Титульный лист по форме.

2.Название и цель работы.

3.Схемы моделирования.

4.Результаты моделирования в форме временных диаграмм с указанием единиц измерения и значений переменных.

5.Выводы.

Дата добавления: 2015-07-13