Регистры сдвига на d-триггерах с параллельным выводом информации

Регистры хранения и сдвига широко применяются и для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот.

Нужно отметить, что РС является типовым синхронным автоматом (СА) и используется для преобразования над двоичными числами такими как:

• сдвиг влево, вправо в множительных устройствах;

• преобразование параллельного кода числа в последовательное и наоборот;

• хранение числа в процессе выполнения арифметических (+, -) операций.

Наиболее просто построить РС на D-триггерах, т. к. элемент памяти такого типа представляет собой элемент задержки входных сигналов один такт.

Для получения РС необходимо последовательно соединить прямые входы D-триггеров с информационным входом D. При этом входы синхросигнала (тактовые входы) соединяются и образуют общую шину.

Рис. Регистр сдвига (Рс) на D-триггерах

Из принципиальной схемы видно, что каждый синхросигнал сдвигает код входного сигнала Х вправо на один разряд.

На рисунке приведена схема последовательного регистра и временная диаграмма, иллюстрирующая его работу.

Рис. Схема последовательного регистра и временная диаграмма, иллюстрирующая его работу

Принцип работы: по приходу тактового импульса С первый триггер записывает код Х (0 или 1), находящийся в этот момент на его выходе D, а каждый следующий триггер переключается в состояние, в котором до этого находился предыдущий.

Так происходит, потому что записываемый сигнал проходит с входа D триггера к входу Q с задержкой большей длительности фронта тактового импульса (в течение которого происходит запись).

Каждый тактовый импульс последовательно сдвигает код числа в регистре на один разряд. Поэтому для записи N-разрядного кода требуется N тактовых импульсов. Из диаграммы видно, что четырехразрядное число 1011 было записано в соответствующие разряды регистра (1 – Q₄, 0 – Q₃, 1 – Q₂ и 1 – Q₁) после прихода четвертого тактового импульса. До прихода следующего тактового импульса это число хранится в регистре в виде параллельного кода на выходах Q₄ – Q₁. Если необходимо получить хранимую информацию в последовательном коде, то ее снимают с выхода Q₄ в момент прихода следующих четырех импульсов (5 – 9). Такой режим называется режимом последовательного считывания.

Как известно, наличие обратного и дополнительного кода в ЭВМ позволяет все операции выполнять при помощи операции сложения. Известно так же, что прямой и обратный код положительного числа совпадают.

Рассмотрим пример.

Допустим, требуется выполнить в двоичном коде 33- 22=11.

Для этого необходимо:

• перевод заданных чисел в двоичную систему. Прямой и обратный код положительного числа совпадают. Признаком положительного числа является нуль в старшем разряде, а признаком отрицательного-единица.

33₁₀=1*2⁵+0*2⁴++0*2³+0*2²+0*2¹+1*2⁰=100001₂=0100001₂

22₁₀=1*2⁴+0*2³+1*2²+1*2¹+0*2⁰==0010110₂ (дополняем разряды вычитаемого числа нулями по количеству уменьшаемого).

• Находим обратный код вычитаемого числа 0010110₂=1101001₂

• Далее, вычисляем дополнительный код вычитаемого, прибавляя единицу в младшем разряде 1101001₂

1

1101010

• Теперь, при помощи операции сложения вычитаем из числа 33 число 22

• 0100001₂

+ 1101010₂

10001011

• Отбрасываем единицу в старшем разряде и получаем результат вычисления 33-22=11₁₀

Самостоятельная работа

Из двоичного кода своего года рождения путем сложения вычесть двоичный код возраста.