Лабораторная работа № 3. Исследование дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров, демультиплексоров.
Цель работы - исследование работы дешифраторов, шифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров. Изучение возможности использования различного базиса для построения альтернативных комбинационных схем данных устройств. В результате проведения лабораторной работы студент должен уметь применять исследованные функциональные устройства для формирования более сложных узлов вычислительной техники, входящих в программу курса. Приобретение практических навыков для выполнения домашнего задания.
Продолжительность лабораторной работы: часть 1 (на макете УМ-11) - 2 часа, часть 2 (на ПЭВМ) - 2 часа.
1. Краткая характеристика объектов исследования.
1.1 Дешифраторы.
Дешифратором называется комбинационная схема с несколькими входами и выходами, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов (так называемый унарный код). Если на входы дешифратора подаются двоичные переменные, то на одном из выходов дешифратора вырабатывается сигнал 1, а на остальных выходах сохраняются нули.
В
общем случае дешифратор с n
входами имеет
выходов
рис.1, так как n-разрядный
код входного слова может принимать
различных значений и каждому из этих значений соответствует сигнал единицы на одном из выходов дешифратора. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением m=2n, где n — число входов, а m — число выходов. Если в работе дешифратора используется неполное число выходов, то такой дешифратор называется неполным. Так, например, дешифратор, имеющий 4 входа и 16 выходов, будет полным, а если бы выходов было только 10, то он являлся бы неполным.
На выходах дешифратора вырабатываются значения булевых функций соответственно:
F0=!Xn * !Xn-1*…………* !X2 * !X1 * !X0 ; (1)
F1=!Xn * !Xn-1*………….* !X2 * !X1 * X0 ;
F2=!Xn * !Xn-1*………….* !X2 * X1 * !X0 ;
F3=!Xn * !Xn-1*………….* !X2 * X1 * X0 ;
Рис.1. Линейный дешифратор на два входа и четыре выхода.
Дешифраторы устанавливаются в схемах ЭВМ на выходах регистров или счётчиков и служат для преобразования кода слова, находящегося в регистре (в счётчике), в управляющий сигнал на одном из выходов дешифратора.
На рис. 1. показан способ построения дешифратора на примере схемы дешифратора на два входа и четыре выхода. Схема представляет собой набор из четырёх двухвходовых элементов
И, на входы которых поданы все возможные комбинации прямых и инверсных разрядов слова.
На рис.2. представлено условно-графическое отображение (УГО) дешифратора рис.1.
Рис.2. Условно-графическое отображение (УГО) дешифратора.
В схеме дешифратора может быть организован дополнительный вход для сигнала разрешения Е. При Е=0 дешифратор не работает даже при наличии кода на его входах, а при Е=1 работает как обычный линейный дешифратор. Такого вида схемы выпускаются в составе комплексов интегральных логических элементов.
Из логических элементов, являющихся дешифраторами, можно строить дешифраторы на большее число входов, при этом, как правило, используются дешифраторы с дополнительными входами сигнала разрешения. Каскадное включение таких схем позволяет легко наращивать число дешифрируемых переменных. Принцип построения схемы каскадного дешифратора нетрудно понять, обратившись к рис.3. Здесь показан дешифратор на четыре входа,
построенный из дешифраторов на два входа с дополнительным входом разрешения. Вход разрешения обозначен на рис.3 символом «С».
Рис. 3 Каскадный дешифратор на 4 входа и 16 выходов.
Второй принцип использования схем дешифраторов с недостаточным количеством входов это построение матричных дешифраторов рис.4.
Рис.4. Матричный дешифратор 4х16.
В матричной схеме используются два идентичных по размерности дешифратора, выходы одного образуют горизонтальные линии, выходы другого - вертикальные линии. Эти линии составляют матрицу, но не соединяются между собой. В ячейках этой сетки матрицы устанавливаются логические элементы «И» или «И-НЕ», один из входов которых соединяется с горизонтальной линией (выход), другой с вертикальной линией. Выходы этих логических элементов и будут выходами построенного дешифратора большей размерности.