Контрольная Лабораторная работа операции с регистрами, номер: 299061

"Лабораторная с регистрами.
Выполнение всей лабораторной работы и ответы на контрольные вопросы.
Все схемы выполнять в мультисиме.
На выход отчет по лабораторной работе плюс исходники схем.

ОПЕРАЦИИ С РЕГИСТРАМИ
Цель работы
1. Изучение принципа действия регистра.
2. Ознакомление с разновидностями и классами регистров.
3. Обучение операциям с использованием регистров.
Порядок проведения экспериментов
Эксперимент 1. Запись слова в регистр:
а) откройте файл с15_11 со схемой, приведенной на рис. 15.31. Установите код (любое слово от 0000 до 1111) ключами 1, 2, 3, 4. Прочтите слово в регистре. Обнулите регистр. Запишите установленное слово. Обратите внимание на то, что в регистре сохраняется (запоминается) входное слово в момент положительного перепада тактового сигнала;
Рис. 15.31
б) откройте файл с 15_12 со схемой, приведенной на рис 15.32.
Рис. 15.32
Младший байт генератора слов заполните кодом двоичного счетчика: от 0000 до 1111. В старшем байте один из битов пусть выполняет функции сброса (R), а другой бит — функции сигнала тактирования (С). Определите экспериментально состояния индикаторов, подключенных к выходам триггеров, для последовательности входных слов, взятой из таблицы, приведенной в соответствующем пункте раздела «Результаты экспериментов». Результаты занесите в столбец 1.
Как изменится результат, если
1) весь столбец R будет нулевым (результат занесите в столбец результатов 2);
2) весь столбец R будет единичным (результат занесите в столбец результатов 3);
3) единица в столбце тактирования (С) будет в строке 5 (результат занесите в столбец результатов 4);
4) единица в столбце тактирования (С) будет в строке 8 (результат занесите в столбец результатов 5);
5) единица в столбце тактирования (С) будет в строке 12 (результат занесите в столбец результатов 6);
6) единица в столбце тактирования (С) будет в строке 15 (результат занесите в столбец результатов 7);
7) единица в столбцах тактирования (С) будет в строках 3 и 5 (результат занесите в столбец результатов 8);
8) единица в столбцах тактирования (С) будет в строках 5, 8 и 12 (результат занесите в столбец результатов 9).

Эксперимент 2. Исследование регистра сдвига
Откройте файл с15_13 со схемой, приведенной на рис 15.33. С помощью ключа R установите нулевые значения всех битов регистра. Подав сигнал D=1 положительным перепадом сигнала С (_|̅ ) запишем единицу в крайний левый триггер. Его состояние фиксируется индикатором логического уровня. Установите D=0. Если теперь манипулировать ключом С, то на каждом такте при положительном перепаде _|̅ С изменяется состояние индикатора до тех пор, пока записанная единица не покинет регистр вовсе.
Рис. 15.33
Убедитесь, что запись вводимого бита (нуль или единица) производится в крайний левый триггер, состояние которого соответствует биту младшего разряда.
В таблице раздела «Результаты экспериментов» записано состояние регистра на первых двух тактах. Проверьте эту запись и продолжите таблицу для последующих трех тактов.
Такт Состояние
1 0000
2 1000
3 0100
4 0010
5 0001
В таблице раздела «Результаты экспериментов» записаны состояния регистра при последовательном введении слова 0101. Проверьте экспериментально правильность записи.
Такт Состояние
1 0000
2 1000
3 0100
4 1010
5 0101
Сдвиньте слово влево и запишите сигналы индикаторов в таблице.
Введите самостоятельно число 0110 = 6 и запишите состояния индикаторов и регистра в таблице.
Число Состояние
6 0110

Эксперимент 3. Исследование кольцевого регистра сдвига
Откройте файл с15_14 со схемой, приведенной на рис 15.34.
Рис. 15.34
Запишите в регистр код 0001. Состояния регистра при подаче последовательности сигналов _|̅ С представлены в таблице раздела «Результаты экспериментов» на компакт-диске.
Такт Состояние
1 0001
2 1000
3 0100
4 0010
5 0001
Проверьте этот результат экспериментально и объясните его. Получите экспериментально последовательности состояний кольцевого регистра в тех случаях, когда первоначально записаны коды 0011, 0111, 0101, 1010 и запишите результаты в таблице.
Такт Состояние Состояние Состояние Состояние Состояние
1 0001 0011 0111 0101 1010
2 1000 1001 1011 1010 0101
3 0100 1100 1101 0101 1010
4 0010 0110 1110 1010 0101
5 0001 0011 0111 0101 1010
Что произойдет с циклической последовательностью слов при начальной записи 0001, если в результате случайного однократного сбоя в одном (любом) триггере вместо единицы окажется записан нуль? Вместо нуля – единица?
Если вместо единицы окажется записан нуль, то число в регистре будет 0000, и дальнейшие сигналы С не приведут к изменению его состояния.
Если вместо нуля окажется записана единица, число в регистре будет (например) 0110, и дальнейшие сигналы С приведут к сдвигу этого числа,как показано в таблице.
Проверьте указанные ситуации экспериментально и запишите последовательность слов в таблицу раздела «Результаты экспериментов».
Такт Состояние Состояние
1 0001 0001
2 1000 1000
3 0000 0110
4 0000 0011
5 0000 1001

Эксперимент 4. Исследование регистра «скрученное кольцо»
Откройте файл с15_15 со схемой, приведенной на рис 15.35.
Рис. 15.35
Установите все четыре триггера в нулевое состояние с помощью ключа сброса R. Затем установите ключи R, 1, 2, 3, 4 в состояние единица. После этого все изменения состояния триггеров будут происходить только под действием тактовых сигналов С и сигналов на входах D-триггеров. Для начального состояния 0000 регистра сигнал Q ̅=1 четвертого триггера поступает на вход D первого триггера. Получите экспериментально последовательность состояний регистра и занесите результаты эксперимента в таблицу раздела «Результаты экспериментов».
Такт Состояние
1 0000
2 1000
3 1100
4 1110
5 1111
6 0111
7 0011
8 0001
9 0000
Повторите эксперимент, установив в регистре начальные состояния 0101, 1010, 1101 и занесите полученные результаты в таблицу.
Такт Состояние Состояние Состояние
1 0101 1010 1101
2 0010 1101 0110
3 1001 0110 1011
4 0100 1011 0101
5 1010 0101 0010
6 1101 0010 1001
7 0110 1001 0100
8 1011 0100 1010
9 0101 1010 1101
Предложите модернизацию схемы, при которой регистр «скрученное кольцо» содержит не четыре, а три триггера.
Убираем один триггер, обратная связь органихована по прежнему: сигнал Q ̅=1 последнего справа (третьего) триггера поступает на вход D первого триггера (рис.15.35_1).
Рис. 15.35_1
Составьте и экспериментально проверьте последовательность состояний для первоначального состояния 000.
Такт Состояние
1 000
2 100
3 110
4 111
5 011
6 001
7 000
Получите экспериментально и объясните последовательность состояний для начальных состояний 010 и 101.
Из состояния 010 счетчик перейдет в состояние 101, а из состояния 101 в состояние 010. Таким образом, наряду с замкнутым рабочим циклом существует цикл из двух неиспользуемых состояний, попав в который, схема без постороннего воздействия не сможет перейти в рабочий цикл.
Результаты экспериментов занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов».
Такт Состояние
1 010
2 101
3 010
4 101

Эксперимент 5. Исследование четырехразрядного регистра сдвига
В современной интегральной схемотехнике регистры с узлами управления и тактирования выполняются не из отдельных триггеров и логических схем, а в виде специализированных интегральных схем средней степени интеграции:
а) исследование режима хранения. Откройте файл с15_16 со схемой, приведенной на рис 15.36. Запишите в регистр число 1101. Занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов» значения сигналов, которые должны быть поданы на входы (CLR) ̅,SR,SL,A,B,C,D,CLK,S1,S0

Рис. 15.36

По состоянию индикаторов на выходах QA, QB, QC, QD убедитесь, что при этих значениях происходит запись требуемого числа.
Запишите число 1000. Проверьте экспериментально и занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов» значения сигналов на входах SR,SL,A,B,C,D, при которых записанное число сохраняется;
б) исследование операции параллельной записи. Занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов» значения сигналов, которые должны быть поданы на входы (CLR) ̅,SR,SL,A,B,C,D, чтобы записать любое число QA, QB, QC, QD при условии, что было записано другое число QA0, QB0, QC0, QD0. Запишите манипуляции, которые должны быть проделаны с сигналом CLK. Значения сигналов, не влияющих на решение задачи, обозначьте символом х (нуль или единица);
в) исследование операций сдвига вправо и влево. Занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов» значения сигналов, которые должны быть поданы на входы (CLR) ̅,SR,SL,A,B,C,D, чтобы осуществить сдвиг вправо числа 0110 (должно получиться 0011) и сдвиг влево числа 0011 (должно получиться 0110). Запишите манипуляции, которые должны быть проделаны с сигналом CLK. Значения сигналов, не влияющих на решение задачи, обозначьте символом х (нуль или единица);
г) исследование операций последовательной записи. Занесите в таблицу раздела «Результаты экспериментов» значения сигналов, которые должны быть поданы на входы.

Вопросы
1. Сколько различных состояний k может быть у регистра с числом разрядов N=4?
2. Как организовать циклический регистр с числом разрядов N=3 и числом состояний K=6?
3. Какие состояния возможны у регистра циклического сдвига типа «скрученное кольцо»?
4. На входы регистра хранения поступает последовательность случайных кодов. Как зафиксировать в регистре заданное число в случае его появления в последовательности?
5. Какое число будет записано в регистре, если на входы данных поступают коды со счетчика на сложение (вычитание), а сигналы синхронизации подаются с выхода дешифратора некоторого заданного числа?
6. Как организовать регистр сдвига, в котором записанное число сдвигается каждым тактовым сигналом на два разряда вправо? Влево?
7. Как организован регистр сдвига, в котором единственная записанная единица перемещалась бы циклически влево-вправо между крайними положениями?
8. Как будет изменяться число в регистре предыдущей задачи, если в него записать число, содержащее единственный нуль, все остальные биты единицы?
9. Какое число окажется записанным в регистр, если на его входы поданы сигналы с выходов счетчика (N разрядов), а запись производится в случайный момент (нажатием кнопки)?
10. Как в кольцевом регистре сдвига с единственной начально записанной единицей обнаружить сбой (ошибочная запись двух единиц и более, исчезновение единицы)?
11. Как автоматически восстановить нормальную работу регистра предыдущей задачи, если обнаружена какая-либо ошибка?

Цифровые схемы и методы их проектировании. Последовательностные устройства: Учебное пособие / Ю.А. Кравцов, Е.В. Архипов, A.A. Антонов, II.Е. Мащенко – М.: МИИТ, 2011. – 192 с.
Лабораторный практикум по дисциплине «Проектирование цифровых устройств» / сост. Б. В. Шишлин. – Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2015. – 80 с.
Лабораторный практикум по дисциплине «Основы компьютерного проектирования РЭС» /сост. Г. П.. – Тольятти: Изд-во,. – 124 с.
Зиатдинов, С. И. Схемотехника телекоммуникационных устройств [Текст] : учеб. для высш. проф. образования по направлению подгот. ""Инфокоммуникац. технологии и системы связи"" / С. И. Зиатдинов, Т. А. Суетина, Н. В. Поваренкин. - М. : Академия, 2013. - 368 с.
Новожилов, О. П. Архитектура ЭВМ и систем [Текст] : учеб. пособие для бакалавров : учеб. пособие для вузов по направлению ""Информатика и вычисл. техника"" / О. П. Новожилов. - М. : Юрайт, 2013. - 527 с.
Чернышев И.А. Электронная и микропроцессорная техника. Электронные устройства на интегральных микросхемах. Лабораторный практикум: учебно-методическое пособие / И.А. Чернышев, А.Ю. Чернышев; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. - 233 с.
Корнев Е.Л. Схемотехника цифровых, аналого-цифровых и цифро-аналоговых устройств: Учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. – 106 с.
Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2-х томах/ Под общей ред. Д.И. Панфилова. – М.: ДОДЭКА, 2000.
Ахметвалеева Л.В. Основы цифровой электроники. Исследование и синтез цифровых устройств в программной среде Multisim 10.1: Лабор. практикум по дисциплинам «Математические основы цифровой техники», «Информационная электроника», «Электроника и микропроцессорная техника» / Л.В. Ахметвалеева. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2013. – 96 с.
Волков О. Ю. Практикум по радиоэлектронике: цифровые схемы. Изд.2е, перераб. и доп. Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета МГУ и
преподавателей практикума по радиоэлектронике. М.: Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2016. – 96 с.
Григорьев Б. И. Элементная база и устройства цифровой техники. Учебное пособие: – СПБ: НИУ ИТМО, 2012 – 85с.
Григорьев Элементная база и устройства цифровой техники ИТМО 2012"