Счетчики

 

Счетчик - это узел ЭВМ, который осуществляет подсчет количества поступающих от каких-либо устройств импульсов сигналов и хранение кода полученного числа.

Основными характеристиками счетчика являются разрешающая способность, быстродействие и информационная емкость. Разрешающая способность - это максимальное время между двумя сигналами, которые надежно фиксируются счетчиком. Быстродействие счетчика - величина, обратная разрешающей способности и равная числу сигналов фиксируемых счетчиком в единицу времени. Информационная емкость - максимальное число импульсов, которые могут быть подсчитаны счетчиком. Емкость счетчика определяется коэффициентом пересчета К. Базовыми элементами, из которых строятся счетчики являются триггеры. Счетчики различаются значением, типом и количеством используемых триггеров, режимами работы, порядком изменения состояний, организации связей между триггерами счетчика и др.

Счетчики могут быть одноразрядными, многоразрядными, двоичными, десятичными, а также с любыми целыми коэффициентами пересчета. По способу организации счета счетчики делят на последовательные и параллельные. В последовательных счетчиках переключение триггеров происходит последовательно во времени, в параллельных счетчиках - параллельно (одновременно) во времени.

Поскольку в ЭВМ основой является двоичная арифметика, наибольшее распространение получили двоичные счетчики. В большинстве случаев двоичные счетчики строятся на базе Т-триггеров, называемых часто счетными триггерами, осуществляющими последовательное во времени сложение по модулю 2. Можно также говорить, что счетный триггер является делителем частоты входных импульсов на два. Простейший последовательный двоичный счетчик приведен на рисунке 3.18.

 

 

Рисунок 3.18 – Последовательный двоичный счетчик

 

Нередко требуется осуществлять счет, начиная с некоторого фиксированного числа, которое заносится в счетчик извне. Для этого используются смешанные триггеры из J-K и R-S триггеров, в которых R-S-триггер используется для ввода начального числа отсчета. R-S-триггеры используются также для установки счетчика в 0, когда это необходимо. Последовательный счетчик с параллельной записью информации приведен на рисунке 3.19.

Рисунок 3.19 – Последовательный счетчик с параллельной записью информации

 

Схема четырехразрядного вычитающего двоичного счетчика приведена на рисунке 3.20. В отличие от суммирующего счетчика, при функционировании вычитающего происходит не перенос в более старший разряд, а заем из старшего разряда. Для этого используется связь младших разрядов со старшими по выходам q счетных триггеров.

Схема универсального четырехразрядного последовательного счетчика приведена на рисунке 3.21. Кроме шины управления параллельной записью информации такой счетчик имеет также шины +1 и -1 для управления направлением счета. Фактически схема является соединением схем рисунка 3.19 и рисунка 3.20.

Последовательные счетчики обладают низким быстродействием. Ценой увеличения аппаратурных затрат можно увеличить быстродействие двоичных счетчиков, если строить их по параллельной (синхронной) схеме как показано на рисунке 3.22. В таком счетчике все разряды переключаются параллельно во времени за один такт работы.

 

Рисунок 3.20 – Вычитающий счетчик

 

Рисунок 3.21 – Универсальный четырехразрядный последовательный счетчик с параллельной записью информации

Рисунок 3.22 – Универсальный четырехразрядный последовательный счетчик с параллельной (синхронной) записью информации, т. е. с параллельным переносом.

 

Контрольные вопросы

 

1 Приведите схему Т-триггера на элементах И-НЕ и поясните ее работу

2 Дайте классификацию счетчиков по различным признакам.

3 Объясните отличительные особенности функционирования синхронных триггеров и причины их распространения в практике построения устройств.

4 Каковы отличительные особенности реализации двухступенчатых синхронных триггеров, их преимущества перед однотактными?

5 Объясните функционирование всех приведенных в описании практикума триггеров, их особенности.

6 Дайте характеристику синхронных и асинхронных счетчиков.

7 Поясните работу суммирующего, вычитающего и реверсивного счетчиков.

8 Как реализуется счетчик с заданным циклом пересчета?

9 Реализуйте трехразрядный счетчик на D-триггерах.

10 Реализуйте блок-схему таймера, отсчитывающего секунды, минуты до 1часа при частоте задающего генератора # (значение # взять у преподавателя).

11 Дайте классификацию регистров.

12 Какие преобразования кодов могут осуществляться в регистрах?

13 Поясните сущность микрооперации сдвига.

14 Какие микрооперации можно реализовать с помощью регистров?

15 Каким образом определяется быстродействие регистра?

16 Каковы преимущества использования в регистрах универсальных триггеров?

17 Чем отличаются регистры, построенные на JK-триггерах от регистров на D-триггерах?

18 Опишите функционирование регистра при записи и считывании последовательного кода.

19 Каковы два способа параллельной записи информации в регистр и их сравнительная характеристика?

20 Назовите и раскройте суть четырех способов записи и считывания информации в универсальный регистр.