максимальное кодирование с шифратором
Шифраторы
В узком смысле слова шифратором называют преобразователь кода «1 из m» (т.е. унитарного кода) в натуральный двоичный код (НДК).
Минимизированные аналитические выражения функций шифратора:
y0 = x1 v x3 = 
; y1 = x2 v x3 = 
.
Из этих соотношений видно, что шифратор легко реализуется на дизъюнкторах и элементах ИЛИ-НЕ (рис. 3.34). В его условном графическом обозначении буквы CD – сокращение от английского coder (шифратор).
Рис. 3.34. Шифратор 4/2: а – схема на дизъюнкторах; б – условное графическое обозначение; в – схема на элементах ИЛИ-НЕ
При помощи шифраторов можно сжимать информацию, так как число разрядов натурального двоичного кода меньше числа разрядов унитарного кода. В цифровых системах с помощью шифраторов обеспечивается связь между различными устройствами посредством ограниченного числа линий связи. Так, например, в клавишных пультах управления ввод числовых данных может выполняться в унитарном коде нажатием одной из десяти клавиш, а ввод данных в микропроцессор производится в двоичном коде. Для преобразования кода клавишного пульта в код микропроцессора также используется шифратор «из 10 в 4». Однако, поскольку четырехразрядный двоичный код имеет не 10, а 16 возможных комбинаций, такой шифратор будет недостаточно эффективным.
Примером использования шифраторов является также устройство ввода двоичных кодов в цифровое устройство (в частности компьютер) с клавиатуры. При нажатии клавиши на одном из входов шифратора появляется логическая 1 и на выходах устанавливается двоичный код, соответствующий нанесенному на клавише знаку (букве, цифре и т.д.).
Рассмотрим синтез шифраторов на примере преобразования восьмиразрядного унитарного кода в трехразрядный натуральный двоичный код. Состояние выходов шифратора показано в табл. 3.21.
Кодирование микрокоманд
Информация о том, какие сигналы управления должны быть сформированы в процессе выполнения текущей МК, в закодированном виде содержится в микрооперационной части (МО) микрокоманды. Способ кодирования микрооперации во многом определяет сложность аппаратных средств устройства управления и его скоростные характеристики. Применяемые в микрокомандах варианты кодирования сигналов управления можно свести к трем группам: минимальное кодирование (горизонтальное микропрограммирование), максимальное кодирование (вертикальное микропрограммирование) и групповое кодирование (смешанное микропрограммирование). Структуры микропрограммных автоматов при различных способах кодирования микроопераций показаны на рис. 6.9 [12, 28].
При горизонтальном микропрограммировании (см. рис. 6.9, а) под каждый сигнал управления в микрооперационной части микрокоманды выделен один разряд (RMO = Ncy). Это позволяет в рамках одной микрокоманды формировать любые сочетания СУ, чем обеспечивается максимальный параллелизм выполнения микроопераций. Кроме того, отсутствует необходимость в декодировании МО и выхода регистра микрокоманды могут быть непосредственно подключены к соответствующим управляемым точкам ВМ. Широкому распространению горизонтален микропрограммирования тем не менее препятствуют большие затраты на хранение микрооперационных частей микрокоманд 
, причем эффек
Микропрограммный автомат с программируемой логикой 305
Рис. 6.9. Структуры МПА при различных способах кодирования микроопераций:
а — минимальном; б — максимальном; е — максимальном с шифратором;
г— горизонтально-вертикальном; д — вертикально-горизонтальном
тивность использования ПМП получается низкой, так как при большом числе микроопераций в каждой отдельной МК реализуется лишь одна или несколько из них, то есть подавляющая часть разрядов МО содержит нули.
При максимальном (вертикальном) кодировании (см. рис. 6.9, б) каждой микрооперации присваивается определенный код, например, ее порядковый номер в полном списке возможных микроопераций. Этот код и заносится в МО. Микрооперационная часть МК имеет минимальную длину, определяемую как двоичный логарифм от числа управляющих сигналов (микроопераций) по формуле (6.2). такой способ кодирования требует минимальных аппаратных затрат в ПМП на хранение микрокоманд, однако возникает необходимость в дешифраторе ДшМК, который должен преобразовать код микрооперации в соответствующий сигнал управления. При большом количестве СУ дешифратор вносит значительную временную задержку, а главное — в каждой МК указывается лишь один сигнал управления, инициирующий только одну микрооперацию, за счет чего увеличиваются длина микропрограммы и время ее реализации.
Последний недостаток устраняется при подключении к выходам ДшМК шифратора (Ш) (см. рис. 6.9, в), что приводит к увеличению количества СУ, формируемых одновременно. Естественно, что помимо кодов отдельных микроопераций должны быть предусмотрены коды, представляющие и определенные комбинации микроопераций. Для повышения универсальности шифратор целесообразно строить на базе запоминающего устройства.
Вариант, представленный на рис. 6.9, в, рационален, если
где ND — количество выходов дешифратора. При этих условиях аппаратные затраты на хранение микрооперационных частей МК относительно малы:
Однако полная емкость используемой памяти равна
откуда ясно, что при близких NMK и ND вариант теряет смысл.
Минимальное и максимальное кодирование являются двумя крайними точками широкого спектра возможных решений задачи кодирования СУ. Промежуточное положение занимает групповое или смешанное кодирование.
Здесь все сигналы управления (микрооперации) разбиваются на К групп
В зависимости от принципа разбиения микроопераций на группы различают горизонтально-вертикальное и вертикально-горизонтальное кодирование.
В горизонтально-вертикальном методе (см. рис. 6.9, г) в каждую группу включаются взаимно несовместимые сигналы управления (микрооперации), то есть СУ, которые никогда не встречаются вместе в одной микрокоманде. При этом сигналы, обычно формируемые в одном и том же такте, оказываются в разных группах. Внутри каждой группы сигналы управления кодируются максимальным (вертикальным) способом, а группы — минимальным (горизонтальным) способом.
Каждой группе У, выделяется отдельное поле в микрооперационной части МК, общая разрядность которой равна
где Nсу — количество СУ, представляемых 1-м полем (группой).
Общая емкость памяти микропрограмм рассмотренного варианта кодирования определяется из выражения:
При вертикально-горизонтальном способе (см. рис. 6.9, д) все множество сигналов управления (микроопераций) также делится на несколько групп, однако в группу включаются сигналы управления (микрооперации), наиболее часто встречающиеся вместе в одном такте. Поле МО делится на две части: MO1 и М02. Поле М01, длина которого равна максимальному количеству сигналов управления (микроопераций) в группе, кодируется горизонтально, а поле М02, указывающее на принадлежность к определенной группе, — вертикально. Со сменой группы меняются и управляемые точки, куда должны быть направлены сигналы управления из каждой позиции М01. Это достигается с помощью демультиплексоров (Дмп), управляемых кодом номера группы из поля М02.
При горизонтальном, вертикальном и горизонтально-вертикальном способах кодирования МИКроопераций каждое поле микрокоманды несет фиксированные функции, то есть имеет место прямое кодирование. При косвенном кодировании одно из полей отводится для интерпретации других полей. Примером косвенного кодирования микрооперации может служить вертикально-горизонтальное кодирования
Иногда используется двухуровневое кодирование микроопераций. На первого уровне с вертикальным кодированием выбирается микрокоманда, поле МО которой является адресом горизонтальной микрокоманды второго уровня — нанокоманды Данный способ сочетания вертикального и горизонтального микропрограммирования часто называют нанопрограммированием. Метод предполагает двухуровневую систему кодирования микроопераций и, соответственно, двухуровневую организацию управляющей памяти (рис 6.10).
Верхний уровень управления образуют микропрограммы, хранящиеся в памяти микропрограмм. В микрокомандах используется вертикальное кодирование микроопераций. Каждой микрокоманде соответствует нанокоманда, хранящаяся в управляющей памяти нижнего уровня — памяти нанокоманд. В нанокомандах применено горизонтальное кодирование микроопераций. Именно нанокоманды используются для непосредственного формирования сигналов управления. Микрокоманды вместо закодированного номера СУ содержат адресную ссылку на соответствующую нанокоманду.
Такой подход, сохраняя все достоинства горизонтального микропрограммирония, позволяет значительно сократить суммарную емкость управляющей памяти. Дело в том, что число различных сочетаний сигналов управления, а следовательно количество «длинных» нанокоманд, обычно невелико. В то же время практически все микрокоманды многократн повторяются в различных микропрограммах,
и замена в микрокомандах «длинного» горизонтального управляющего поля на короткую адресную ссылку дает ощутимый эффект. Проиллюстрируем это примером.
Пусть в системе вырабатывается 200 управляющих сигналов, а общая длина микропрограмм составляет 2048 микрокоманд. Предположим также, что реально используется только 256 различных сочетаний сигналов управления. В случае обычного УУ с горизонтальным микропрограммированием емкость управляющей памяти составила бы 2048 х 200 = 409 600 бит. При нанопрограммировании требуется память микропрограмм емкостью 2048 х 8 = 16 384 бит и память нанокоманд емкостью 256 х 200 = 51 200 бит. Таким образом, суммарная емкость обоих видов управляющей памяти равна 67 584 битам.
Иначе говоря, нанопамять реализует функцию шифратора управляющих сигналов (см. рис. 6.9, в). Справедливы следующие соотношения: RM
Двухуровневая память рассматривается как способ для уменьшения необходимой емкости ПМП, ее использование целесообразно только при многократном повторении микрокоманд в микропрограмме.
При разбиении микрокоманды на поля могут действовать два принципа: по функциональному назначению СУ и по ресурсам. Функциональное кодирование предполагает, что каждое поле соответствует одной функции внутри ВМ. Например, информация в аккумулятор может заноситься из различных источников, и для указания источника в микрокоманде может быть отведено одно поле, где каждая
кодовая комбинация прикреплена к определенному источнику. При ресурсном кодировании ВМ рассматривается как набор независимых ресурсов (память, УВВ,АЛУ и т. п.), и каждому из ресурсов в микрокоманде отводится свое поле.
Шифраторы. Составление таблиц истинности шифраторов
Страницы работы
Содержание работы
Лабораторная работа 2.2 Шифраторы
Основные теоретические положения
Шифраторомназывается устройство, предназначенное для преобразования чисел, например, из десятичной системы в двоичную систему счисления. Основное применение шифраторов – это введение информации с клавиатуры. Обозначение CD(n—m), где n – количество входов, m – число выходов.
Схема и таблица истинности CD(4 – 2) представлены на рис. 1 и в табл. 1, где X0, X1…X3 входные сигналы, номер которых представляет десятичный код. Выходные значения Y0, Y1 в двоичном коде, старший разряд Y1.
Файлы для моделирования этих элементов расположены в папке Lab_2_2\Модели.
Таблица истинности CD(4 – 2) Таблица 1
Номер входа X (N10)
Выходной код Y (N2)
Y1
Y0
Рис. 1 Шифратор CD(4-2) на логических элементах ИЛИ
Уравнения работы шифратора CD(4-2):
 |  |
Задание 1. С помощью комбинаций входных сигналов изучить работу CD(4-2) файл L2_CD_01.ewb, и его таблицу истинности.
Задание 2. Составить таблицу истинности (табл. 2) шифратора CD(4-2), изображенного на рис. 2.
Таблица истинности CD(4 – 2) Таблица 2
Номер входа X (N10)
Выходной код Y (N2)
Y1
Y0
Рис. 2 Шифратор CD(4-2) на логических элементах ИЛИ-НЕ (файл L2_CD_04.ewb)
1 Приоритетный шифратор
Шифратор называют приоритетным, если он формирует код, определяющий номер единицы, стоящей в старшем разряде, из других имеющихся единиц.
Таким шифратором является CD(8-3) выполненный на микросхеме (рис. 3), файл L2_CD_02.ewb.
Шифратор имеет служебные входы и выходы:
Особенность данной схемы: номер старшей единицы преобразуется в код, если имеются единицы во всех младших разрядах. Область применения – аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Рис. 3 Приоритетный шифратор CD (8-3)
Задание 3. Заполнить таблицу истинности (табл. 3) приоритетного шифратора CD(8-3) используя модель: файл L2_CD_02.ewb.
Клетки таблицы в разделе «Информационные входы», где может находиться 0 или 1, не оказывая влияния на результат шифрации в разделе «Выходы», заполнить знаком «Х».
Таблица истинности CD(8 – 3) Таблица 3
Служебный
вход
Информационные входы
Выходы
X7
X6
X5
X4
X3
X2
X1
X0
Y2
Y1
Y0
— Если при достижении амплитудного значения изменяющегося во времени аналогового сигнала уровней 1, 2…7 (столбец «№» табл. 3) будет замыкаться соответствующий ключ – на выходе приоритетного шифратора получим цифровой код для этого значения сигнала. Этот принцип использован в параллельных АЦП.Вход EI в таблице 3 и модели инверсный.
— Шифраторы являются преобразователями кодов, причем результирующий код более компактен, чем исходный.
2 Указатель старшей единицы
Приоритетный шифратор CD(8-3) выполнен на микросхеме (рис. 4), файл L2_CD_03.ewb. Шифратор выявляет старшую (левую) единицу, в отличие от предыдущей схемы в младших разрядах, при этом, могут быть также нули, и формирует двоичный код соответствующего единице десятичного номера.
Он называется указателем старшей единицы и исключает ошибки, например, при одновременном нажатии двух клавиш клавиатуры, применяется в работе светофоров и т.д.
Выход GSшифратора, указывает на наличие информационного сигнала хотя бы на одном входе. Для разрешения работы на вход подается единица EI=1.
Рис. 4 Указатель старшей единицы CD (8-3)
Заполнить таблицу истинности (табл. 4) указателя старшей единицы CD(8-3), используя модель: файл L2_CD_03.ewb.
Клетки таблицы в разделе «Информационные входы», где может находиться 0 или 1, не оказывая влияния на результат шифрации в разделе «Выходы», заполнить знаком «Х».
Таблица истинности CD(8 – 3) Таблица 4
Служебный
вход
Информационные входы
Служебные выходы
Информационные выходы
X7
X6
X5
X4
X3
X2
X1
X0
EO
Y2
Y1
Y0
Шифраторы, дешифраторы и преобразователи кодов: схемы, принцип работы
Типы логических устройств
Логические устройства разделяют на два класса: комбинационные и последовательностные.
Устройство называют комбинационным, если его выходные сигналы в некоторый момент времени однозначно определяются входными сигналами, имеющими место в этот момент времени.
Выходные сигналы последовательностных устройств определяются не только сигналами, имеющимися на входах в данный момент времени, но и состоянием элементов памяти. Таким образом, реакция последовательностного устройства на определенные входные сигналы зависит от предыстории его работы.
Что такое шифратор?
Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду. Шифратор иногда называют «кодером» (от англ. coder) и используют, например, для перевода десятичных чисел, набранных на клавиатуре кнопочного пульта управления, в двоичные числа.
Так, для преобразования кода кнопочного пульта в четырехразрядное двоичное число достаточно использовать лишь 10 входов, в то время как полное число возможных входов будет равно 16 (n = 2 4 = 16), поэтому шифратор 10×4 (из 10 в 4) будет неполным.
Рассмотрим пример построения шифратора для преобразования десятиразрядного единичного кода (десятичных чисел от 0 до 9) в двоичный код. При этом предполагается, что сигнал, соответствующий логической единице, в каждый момент времени подается только на один вход. Условное обозначение такого шифратора и таблица соответствия кода приведены на рис. 3.35.
Используя данную таблицу соответствия, запишем логические выражения, включая в логическую сумму те входные переменные, которые соответствуют единице некоторой выходной переменной. Так, на выходе у1 будет логическая «1» тогда, когда логическая «1» будет или на входе Х1,или Х3, или Х5, или Х7, или X9, т. е. у1 = Х1+ Х3+ Х5+ Х7+X9
Представим на рис. 3.36 схему такого шифратора, используя элементы ИЛИ.
14 Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы
Лекция 15. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы
Преобразователи кодов. Операция изменения кода числа называется его перекодированием. Интегральные микросхемы, выполняющие эти операции, называются преобразователями кодов. Преобразователи кодов бывают простые и сложные. К простым относятся преобразователи, которые выполняют стандартные операции изменения кода чисел, например, преобразований двоичного кода в одинарный или обратную операцию. Сложные преобразователи кодов выполняют нестандартные преобразования кодов и их схемы приходится разрабатывать каждый раз с помощью алгебры логики.
Будем считать, что преобразователи кодов имеют п входов и k выходов. Соотношения между п и k могут быть любыми: n=k, n k. При преобразовании кода чисел с ними могут выполняться различные дополнительные операции, например, умножение на весовые коэффициенты. Примером невесового преобразования является преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Весовые преобразователи кодов используются при преобразовании числовой информации. Таблица 146 Параметры интегральных микросхем регистров
Максимальная тактовая частота, МГц
Рекомендуемые файлы
Универсальный восьмиразрядный синхронный сдвиговой
Универсальный четырехразрядный сдвиговой
низкий и максимальная частота счета /„акс- Большинство перечисленных параметров определяется серией микросхем и типом применяемой логики.
Интегральные микросхемы регистров. В наименовании регистров их функциональное назначение обозначается буквами ИР. В остальном условное обозначение регистров совпадает с обозначением счетчиков. В табл. 14.6 приведены некоторые типы регистров различных серий
Лекция 15. Преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы
Преобразователи кодов. Операция изменения кода числа называется его перекодированием. Интегральные микросхемы, выполняющие эти операции, называются преобразователями кодов. Преобразователи кодов бывают простые и сложные. К простым относятся преобразователи, которые выполняют стандартные операции изменения кода чисел, например, преобразований двоичного кода в одинарный или обратную операцию. Сложные преобразователи кодов выполняют нестандартные преобразования кодов и их схемы приходится разрабатывать каждый раз с помощью алгебры логики.
Будем считать, что преобразователи кодов имеют п входов и k выходов. Соотношения между п и k могут быть любыми: n=k, n k. При преобразовании кода чисел с ними могут выполняться различные дополнительные операции, например, умножение на весовые коэффициенты. Примером невесового преобразования является преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Весовые преобразователи кодов используются при преобразовании числовой информации. Интегральные микросхемы преобразователей кодов выпускаются только для наиболее распространенных операций.
• преобразователи двоично-десятичного кода в двоичный код;
• преобразователи двоичного кода в двоично-десятичный код;
• преобразователи двоичного кода в код Грея,
• преобразователи двоичного кода в код управления сегментными индикаторами,
• преобразователи двоичного или двоично-десятичного кода в код управления шкальными или матричными индикаторами.
В качестве примера рассмотрим преобразователь двоичного кода в код управления семисегментным цифровым индикатором, приведенный на рис. 15.1 а Сам индикатор представляет собой полупроводниковый прибор, в котором имеются семь сегментов, выполненных из светодиодов. Включением и выключением отдельных сегментов можно получить светящееся изображение отдельных цифр или знаков. Конфигурация и расположение сегментов индикатора показаны на рис. 15.1 а. Каждой цифре соответствует свой набор включения определенных сегментов индикатора. Соответствующая таблица приведена на рис 15 1 б В этой таблице также приведены двоичные коды соответствующих цифр
Такие индикаторы позволяют получить светящееся изображение не только цифр от 0 до 9, но других знаков, используемых в 8- и 16-ричной системах счисления. Для управления такими индикаторами выпускаются интегральные микросхемы типов КР514ИД1, К514ИД2, К133ПП1, 176ИД2, 176ИДЗ, 564ИД4, 564ИД5 и др. Преобразователи кодов, выполненные по технологии КМОП, можно использовать не только со светодиодными индикаторами, но и с жидкокристаллическими или катодолюминисцентными
Шкальные индикаторы представляют собой линейку светодиодов с одним общим анодом или катодом. Преобразователи двоичного кода в код управления