Синтез та дослідження шифраторів

Лабораторна робота №3

Мета роботи: Синтезувати та виконати моделювання схеми шифратора для виконання функції шифрування із заданими вагами розрядів. Дослідити його роботу з використанням часових діаграм, побудованих у Micro-Cap.

 

1. ШИФРАТОРИ

1.1 Загальна характеристика шифратора

Шифратором називається функціональний вузол комп'ютера, призначений для перетворення вхідного m-розрядного унітарного коду у вихідний n-розрядний двійко­вий позиційний код. Двійкові шифратори виконують функцію, обернену функції де­шифратора. При активізації однієї з вхідних ліній дешифратора на його виходах фо­рмується код, який відображає номер активного входу. Повний двійковий шифратор має т = 2ⁿвходів і nвиходів. Умовні графічні позначення шифраторів на схемах по­казані в літературі.

Функція шифратора позначається буквами CD (coder). Входи шифратора нуме­руються послідовними десятковими цифрами 0, 1,..., т-1, а позначки виходів відображають ваги вихідних двійкових змінних 1, …, 2^n-1

У цифрових пристроях шифратори вико­ристовуються для таких операцій: перетво­рення унітарного вхідного коду у вихідний двійковий позиційний код; введення десятко­вих даних з клавіатури; показання старшої одиниці в слові; передачі інформації між різ­ними пристроями при обмеженому числі ліній зв'язку.

 

1.2 Пріоритетний шифратор клавіатури

 

Одне з основних застосувань шифратора — введення даних з клавіатури, на­приклад, десяткових цифр. Натискання клавіші з десятковою цифрою 0, 1,..., 9 ма­ють приводити до передачі в цифровий пристрій двійково-десяткового коду цієї циф­ри. Для цього використовується неповний шифратор "з 10 в 4".

Шифратори, які при одночасному натисканні декількох клавіш виробляють код тільки старшої цифри, називаються пріоритетними. Пріоритетні шифратори, які призначені для пошуку старшої (лівої) одиниці в слові та формування на виході двій­кового номера шуканого розряду, називаються покажчиками старшої одиниці. Їх застосовують у пристроях нормалізації чисел з плаваючою комою, в системах з пріоритетним обслуговуванням запитів на переривання роботи комп'ютера.

Логіка роботи пріоритетного шифратора на вісім входів наведена в табл. 1, де прийняті такі позначення: , ,..., — вхідні інверсні сигнали, записані в порядку зростання пріоритету: — найнижчий, — найвищий; , , — вихідний ін­версний позиційний код; — сигнал стробування; — функція, яка вказує на над­ходження вхідного сигналу; — функція, яка вказує на відсутність вхідних сигналів.

 

Таблиця 1

 

 

У табл. 1 значення вхідних змінних праворуч від діагоналі, утвореної цифрами 1, не повинні визначати вихідний код (вони позначені хрестиком). Це пояснюється тим, що сигнал з більшим пріоритетом блокує запити з меншими пріоритетами.

Із табл. 1 отримуємо вирази для вихідного коду шифратора , , і фун­кцій та , які відповідно визначають відсутність інформаційних сигналів на всіх виходах та наявність сигналу хоч би на одному вході. Для спрощення виразів вико­ристовуємо тотожність та закони де Моргана:

;

;

;

; ;

; .

На основі цих виразів може бути побудована схема пріоритетного шифратора "8 З".

При = 1 робота схеми блокується і незалежно від сигналів на входах маємо на інверсних виходах: = 111, =1, =1. Якщо, наприклад, = 0 і =0, то схема формує на виходах код номера входу із старшим пріоритетом: = 001 або в прямому коді Х₃Х₂Х_І = 110₂ = 6₁₀. Активний стан виходу відо­бражається значеннями функцій = 0 і = 1, які передаються в процесор, а також використовуються при каскадуванні шифраторів. Схема, зображена на рис. 1, є аналогом шифратора К555ИВ1.

 

1.3 Каскадування шифраторів

 

Каскадування шифраторів використовується для збільшення розрядності вхідного слова. Схема каскадування двох восьмивходових шифраторів К555ИВ1 для пріоритетного обслуговування 16-розрядного слова - показана на рис. 2.

Розряди - старшого байта вхідного слова поступають на перший шифра­тор CD1, а розряди - молодшого байта подаються на другий шифратор CD2.

Вхід має найвищий пріоритет, a — найнижчий. Інформаційні виходи обох ши­фраторів об'єднуються за допомогою логічних елементів ЧИ, утворюючи трирозрядний інверсний код . Значення старшого розряду забезпечується безпосе­редньо сигналом .

Інформація з виходів першого шифратора подається на входи елементів ЧИ за допомогою схем збігу ЛИ1 при = 1 (мікросхема CD1 сприймає вхідні дані, а CD2 — блокована). Інформація з виходів другого шифратора подається на входи елементів АБО за допомогою схем збігу ЛИ2 при V2 = 1 (мікросхема CD2 сприймає вхідні дані, CD1 — блокується).

Схема працює так: коли на вході є активний сигнал із старшого байта вхідного слова, наприклад, =0 ( = 0 =1), то працює шифратор CD1 і на виходах елементів ЧИ формується інверсний код =0001, що відповідає прямому значенню =1110= 14₁₀. Якщо активний вхідний сигнал відноситься до молодшого байта слова, наприклад, =0, то працює шифратор CD2 ( =1, =0, = 1) і на інверсних виходах формується код =1001, що відповідає прямому числу = 0110 = 6₁₀.

 

Хід роботи

1. Отримати у викладача варіант завдання для виконання роботи.

2. Ознайомитися з принципами побудови та характеристиками шифраторів.

3. Синтезувати схему шифратора з використанням дешифратора для отримання унітарного коду і подальшого кодування для виконання заданої функції шифрування.

4. Створити схему дешифратора – шифратора в ППП Micro-Cap.

4.1 Відкрити в ППП Micro-Cap файл дешифратора із попередньої лабораторної роботи і присвоїти йому нове імя.

4.2 Доповнити схему логічними елементами АБО (Or) на 4 (або більше входів) для побудови шифратора і реалізації заданої функції шифрування.

4.6 Присвоїти імена вхідним, проміжним та вихідній лініям, наприклад, вхідні X1, X2, X3, X4, проміжні Y1, Y2, …, Y16 та вихідні А1, А2, А3, А4.

5. Виконати моделювання і отримати часові діаграми роботи шифратора для виконання заданої функції.

Перейти до виконання програми моделювання роботи шифратора. Для цього в текстовому меню вибрати опцію Analysis – Transient і визвати таблицю для опису полів часової діаграми.

Описати вхідні та вихідні сигнали з використанням полів X і Y Expression (вказати точки для побудови часової діаграми, наприклад, описати точки d(X1), d(X2), d(X3), d(X4)) та X і Y Range (вказати часовий діапазон перегляду сигналів).

Отримати часові діаграми (використати піктограму Run для побудови діаграм).

6. Вказати затримку сигналів для логічних елементів схеми відповідно до завдання. Отримати нові часові діаграми.

7. Порівняти часові діаграми, зробити висновки.

8. Оформити звіт по лабораторній роботі та захистити його у викладача.

 

Варіанти завдань

Варіанти завдань для побудови шифраторів беруться із лабораторної роботи № 1, схема дешифратора – із лабораторної роботи № 2.