Лабораторная работа №9. «Работа в Electronics Workbench. Регистры».

1. Цель работы:

1.1. Изучить принцип работы параллельного регистра.

1.2. Изучить принцип работы последовательного регистра.

2. Общие сведения.

Регистр представляет собой набор триггеров, число которых соответствует числу разрядов запоминаемого слова. Регистр используется для хранения n-разрядного слова и выполнения над ним логических преобразований. При этом в регистре могут выполняться следующие микрооперации:

· прием (запись) слова;

· передача слова в другой регистр;

· поразрядные логические операции;

· сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;

· преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;

· установка регистра в начальное состояние (сброс).

Кроме того, регистр может осуществлять преобразование двоичного кода из прямого в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули – единицами), и наоборот.

В каждом из триггеров, составляющих регистр, хранится соответствующая цифра разряда числа. Поэтому по способу ввода и вывода разряда числа регистры разделяются на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

В параллельном регистре ввод или вывод слова осуществляется одновременно для всех разрядов. В последовательном регистре разряды числа вводятся и выводятся последовательно один за другим. В параллельно-последовательном регистре ввод осуществляется в параллельной форме, а вывод в последовательной, или наоборот.

Регистр

Рис. 8.1. Цифровые элементы «Electronics Workbench».

Функциональная схема параллельного регистра на RS-триггерах приведена на рис. 8.2. Подготовка к приему информации (обнуление триггеров) составляет первый такт. Во втором такте по сигналу «1», подаваемому по шине П (прием), двоичное число x₁x₂x₃x₄ всеми разрядами одновременно (параллельно) через конъюнкторы (элементы И) записывается в разряды регистра. Выдача сигнала в прямом коде осуществляется по сигналу, подаваемому по шине В_пр, в обратном - В_обр.

В последовательных регистрахдвоичное число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Разряды самого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдает информацию в следующий разряд и одновременно принимает новую информацию из предыдущего. Для этого каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента, т.е. двухступенчатый триггер. Двухступенчатый триггер (например, JK-триггер, D-триггер) представляет собой совокупность двух запоминающих элементов. Если в цепи таких триггеров выходы одного соединить с входами другого, то по фронту тактового импульса, подаваемого на вход С, во входную (первую) ступень каждого триггера будет заноситься информация из выходной (второй) ступени предыдущего триггера, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень.

Рис. 8.2. Схема параллельного регистра на RS-триггерах.

Рис. 8.3. Условное обозначение 8-битного параллельного регистра (74165).

Функциональная схема последовательного регистра приведена на рис. 8.4. Разряды двоичного числа, начиная с младшего, последовательно поступают на входы старшего разряда регистра. Поступление разрядов числа на входы J и K чередуются с поступлением импульсов сдвига на входы С, которыми вводимые разряды продвигаются вдоль регистра, пока младший разряд n-разрядного числа не окажется в младшем разряде регистра.

Рис. 8.4. Функциональная схема последовательного регистра.

Для выдачи записанного числа в последовательной форме надо на выходы старшего разряда регистра подать x_i=0, x_i=1, а на шину импульсов сдвига – n импульсов. Первый импульс выдвинет из младшего разряда регистра младший разряд числа, на его место передвинется второй разряд числа и.т.д. В итоге все число сдвинется вдоль регистра на один разряд, а в старший разряд регистра будет записан 0. После n импульсов сдвига число будет полностью выведено из регистра, а его разряды окажутся заполнены 0.

3. Задания для выполнения лабораторной работы.

3.1. Собрать схему изображенную на рис. 8.2 и записать в нее двоичное число от 0000 до 1111 в соответствии с выражением n+1, где n – номер варианта. Результаты на выходе регистра должны быть получены в прямом и обратном кодах.

Ход выполнения работы должен быть отражен в отчете по выполнению лабораторной работы.

4. Контрольные вопросы.

1. Что называется регистром и для чего он необходим?
2. В чем заключаются отличия параллельного, последовательного и параллельно-последовательного регистров.
3. Объясните принцип работы параллельного регистра.
4. Объясните принцип работы последовательного регистра.