ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2021
Просмотров: 67
Скачиваний: 1
1 Операційні елементи ЕОМ
1. 1 Регістри
Для зберігання інформації, необхідної для виконання операцій над числами у складі процесора, використовують регістри. Регістром називається операційний вузол, що призначений для виконання мікрооперацій прийому, зберігання та видачі одного слова інформації, а також зсуву числа, що знаходиться в регістрі, на задане число розрядів праворуч чи ліворуч, перетворення коду числа, виконання деяких логічних операцій.
Регістр, що запам‘ятовує інформацію, повинен мати кількість елементів пам‘яті, що дорівнює розрядності слова, що приймається. Кожному розряду регістра відповідає один елемент пам‘яті, в якості якого використовується тригер. Звичайно регістри будуються на тригерах RS, JK, DV чи D-типів, які й реалізують мікрооперацію зберігання слів.
Регістри класифікуються за способами прийому, перетворення та видачі інформації, за кількістю каналів передачі слів, тактуванням.
В залежності від способу прийому інформації розрізняють регістри з паралельним, послідовним та комбінованим прийомом слова. У паралельному коді етапів запис інформації виконується одночасно по всім розрядам регістра, в послідовному – порозрядно, починаючи з самого молодшого чи самого старшого. При комбінованому способі запису інформації в залежності від керуючого сигналу занесення інформації у регістр може проводитися в паралельному чи послідовному коді. Крім того, в регістрах має місце операція обнулення (скидання чи установка регістра в нуль).
Розрізняють регістри зберігання (які призначені тільки для зберігання інформаційного слова) та зсуву. Регістри зсувучи зсувні регістри призначені для виконання мікрооперації зсуву інформації, яка заключається у тому, що під дією керуючого сигналу (тактуючого) імпульсу вся записана інформація переписується порозрядно у сусідні молодші (зсув вправо) чи старші (зсув вліво) розряди регістра. Такі регістри поділяються на регістри з зсувом вправо, вліво та реверсивні. У реверсивних регістрах зсув інформації можливий вправо та вліво.
Видача інформації може проводитися в послідовному чи паралельному коді в прямий чи з виконанням порозрядних операцій кон‘юнкції, диз‘юнкції чи додаванні по mod2. У цьому випадку до виходів елементів пам‘яті регістра підключається допоміжні логічні елементи, що виконують одну чи декілька перерахованих мікрооперацій.
Дуже часто декілька регістрів повинні працювати на загальну шину, що потребує спеціальної схемної реалізації на вихідних каскадах регістрів. В інтегральних схемах на основі транзисторно-транзисторної логіки використовуються елементи з відкритим колектором чи з трьома станами на виході. Перший варіант використовується, коли немає потреби максимальної швидкодії та число паралельно з‘єднаних виходів мале. Елемент з трьома станами виходу (закритий вихід чи видача інформації – логічний 0 чи 1) має високу швидкодію і практично не впливає на режим роботи магістралі передачі даних. В ІС на основа комплементарної МОП технології використовують ключі передачі даних. Ці ключі мають властивість двонаправленості. Змінюючи сигнал керування, можна змінювати напрямок передачі інформації.
За кількістю каналів передачі інформації розрізняють пара фазні та однофазні регістри. В пара фазних регістрах значення розрядів інформаційних слів передаються по двом каналам одночасно (кожен розряд слова передається у вигляді прямого значення змінної аі по одному каналу та інверсії цієї змінної по другому каналу). В однофазних регістах передача розрядів слова виконується по одному каналу.
За способом тактування (синхронізації запису інформації) розрізняють однотактні та багатотактні регістри. Запис інформації в тригери однотактних регістрів виконується за один такт дії синхронізуючого імпульсу, в багатотактному – за декілька тактів. У залежності від способу синхронізації роботи тригерів регістра існують регістри з потенціальним чи динамічним керуванням.
У пристроях ЕОМ поширенні багатофункціональні регістри, що виконують цілий набір мікрооперацій. Багатофункціональність досягається об‘єднанням в одному регістрі частин, що служать для виконання різних мікрооперацій. Керуючий сигнал, що визначає мікрооперацію, що виконується у даний момент часу, активізує необхідні частини регістра.
Нехай необхідно побудувати реверсивний регістр з однофазним прийомом послідовного коду з видачею інформації у паралельному коді. Виходячи з заданих умов регістр повинен виконувати наступний набір операцій: прийом послідовного коду та його зсув праворуч та ліворуч, зберігання коду, видача слів у паралельному коді, приведення до нульового стану. Для зберігання інформації використовується D – тригери з динамічним керуванням.
Звичайно для організації мікрооперацій зсуву між тригерами регістра вмикають елементи І-- АБО чи І-АБО-НІ, а керування видачею інформації здійснюється за допомогою елементів І чи І-НІ. Враховуючи можливість використання даного регістра для організації роботи на спільну шину, вихідні елементи І повинні мати три стани. Режим зберігання інформації можна організувати шляхом заборони на поступання тактуючих імпульсів на С- входи тригерів чи повторного перезапису інформації в ті ж тригери регістра. Простіший перший варіант, який здійснюється за допомогою логічного елемента І. Прийом послідовного коду та зсув вмісту регістра виконується за один такт і являється однією мікрооперацією, тоді регістр повинен виконувати всього 5 мікрооперацій. Подаючи на D- входи всіх тригерів логічний 0 (він формується подачею логічних нулів на входи елементів І-НІ ), здійснюємо мікрооперацію приведення регістра в нульовий стан. Тоді для керування регістром буде достатньо чотирьох розрядів керуючого слова. В реально створених регістрах використовується два розряди для управління операціями запису інформації, зберігання інформації та мікро операцій зсуву вправо або вліво. Для цього в регістрі є входи паралельного занесення коду (машинного слова) і послідовного занесення інформації зі зсувом вправо або вліво. Такого типу регістри будемо використовувати для зберігання двох операндів при виконанні заданої операції і один регістр для запису результату з можливістю зсуву вправо або вліво в залежності від керуючого коду.
В нашому випадку використовуємо універсальний регістр для зберігання 4-розрядного слова. Занесення інформації в регістр здійснюється по передньому фронту імпульса синхронізації при подачі на входи S1, S2 комбінації сигналів 11. Початкова установка регістра в нуль відбувається при подачі на вхід CLRBAR нульового сигналу. Входи SR та SL призначені для занесення інформації в регістр при зсуві вправо або вліво. Входи призначені для занесення інформації в регістр в паралельному коді. Значення цих сигналів будемо використовувати при моделюванні роботи регістра.
Т а б л и ц я 4
|
№ п\п |
Керуючі входи |
Мікро операція |
|||
|
К |
М |
W |
Р |
||
|
1 |
|
|
|
0 |
|
|
2 |
|
|
|
0 |
|
|
3 |
|
|
|
0 |
|
|
4 |
|
|
|
0 |
|
|
5 |
|
|
|
1 |
|
К155ИР13
03 D
1
05 2
07 3
09 4 Q
15 5
1 04
17 6
2 05
19 7
3 08
21 8
4 10
5
14
11 C
6 16
23 V1
7 18
01
V2 8 19
02 R
22 L
13 R
K555ИР22
01
13
02
03 05
04 06
07 09
08 14
16 17
15 18
19 21
20
