Цифровые устройства и микропроцессоры: Учебное пособие, страница 31

Операционная схема  - это совокупность устройств и связей между  ними с точностью до микроопераций. Микрооперация -  это  элементарная  функциональная  операция,  выполняемая за один такт под действием одного управляющего сигнала. Минимальный неделимый элемент  – операционный элемент  (сумматор,  дешифратор,  мультиплексор, регистр, счётчик  и др.).  Операционные схемы описывают языком микроопераций.

         4)    Уровень структурных схем.

Структурная схема - это совокупность устройств, выполняющих   законченные функции по приему, переработке и хранению информации.  Она  показывает  комплектацию машины, архитектуру (стиль настройки) и все основные связи.

5.2  Структура цифрового устройства

Для анализа и синтеза любое цифровое  устройство  удобно  представить в виде исполнительной и управляющей частей (рис. 5.1).

Операционный блок состоит из операционных элементов, набор  которых может быть одним и тем же для  выполнения  разных  алгоритмов обработки.

Под действием кода операции управляющий блок вырабатывает  последовательность управляющих сигналов  в течение необходимого числа тактов, порождающих в  операционном  блоке  нужную  последовательность микроопераций.

                            

Рисунок 5.1 – Структура цифрового устройства

Набор микроопераций в каждом  вычислителе  свой  и  колеблется  от нескольких единиц  до  нескольких сотен.  Наиболее часто используются такие микрооперации:

         1. Установка      <слово> : = <число>

         2. Передача        <слово> : = <слово>

         3. Счет                <слово>: = <слово>1

         4. Сложение       <слово> : = <слово> + <слово>

         5. Дизъюнкция  <слово> : = <слово> V <слово>

         6. Конъюнкция  <слово>  : = <слово> <слово>

         7. Инверсия  <слово> : =    (поразрядная  инверсия двоичных разрядов)

         8. Логическая неравнозначность ( или сумма по модулю 2 )   <слово>: = <слово><слово>

         9.  Логическая равнозначность  <слово> := <слово><слово>

               (-подобие).

         10. Сдвиг      < слово >  : = Rm < слово >     R – сдвиг  вправо  на  m  бит

                                                       Lm < слово >      L – сдвиг  влево  на  m  бит

Эти и другие микрооперации выполняются операционными элементами.

5.3 Операционные элементы

 Наряду с рассмотренными ранее комбинационными  операционными элементами (сумматор, дешифратор, мультиплексор, преобразователь кода, цифровой компаратор и др.)  имеется большая группа  последовательностных  операционных устройств, таких как   регистр, счетчик, арифметико-логические устройства, и  др.  Наиболее  широко распространёнными  из них  являются  регистры.

5.3.1  Регистры

Регистр  представляет собой  набор  триггеров, охваченных общей  цепью синхронизации.  Триггеры называют разрядами регистра.

       По способу ввода / вывода информации регистры  делят на:

      1) Параллельные  (регистры хранения, информация вводится и  выводится одновременно по всем разрядам).

      2) Последовательные  (регистры сдвига, информация бит за битом “проталкивается“ через регистр и выводится также,  последовательно бит за битом ).

      3)  Комбинированные   (параллельный ввод, последовательный  вывод  или наоборот).

По способу представления информации регистры  делятся  на  однофазные и   парафазные.

В однофазном регистре информация  представляется  в прямом  или  обратном (инверсном) виде, в  парафазных -  и в том и  в  другом  виде одновременно,  то есть в информации всегда имеются  нули и единицы.

На рис. 5.2 изображён  трёхразрядный регистр хранения на RS-триггерах  (это парафазный регистр, так как есть  и ):

Рисунок 5.2 –  Парафазный  регистр хранения

Регистр  обозначают  идентификатором  (имя   регистра)       RG [ 1 – 18 ] ,     P1[ 1 – 6 ] .  Здесь  [...] - количество разрядов.