70. Регистры хранения и сдвига, принцип работы регистров

Регистрами называются последовательностные цифровые устройства, выполняющие функции приема, хранения и передачи информации. Информация в регистре хранится в виде двоичного кода, т.е. представлена комбинацией сигналов логического нуля и логической единицы. Каждому разряду кода, записанному в регистр, соответствует свой разряд регистра, как правило, на основе триггеров RS-, D- или JK-типа. Основным классификационным признаком, по которому различают регистры, является способ записи информации или кода числа в регистр.

Регистр хранения. Структура регистра хранения на D-триггерах показана на рисунке 1.

Рис. 1 - Регистр хранения на D-триггерах

Каждый триггер служит для хранения одного разряда числа. Вход R служит для установки триггеров в нулевое состояние перед записью информации. Входное двоичное число подается на входы D0-D2 и при подаче импульса на вход С в триггеры записывается этот код, т. е. информация. Эта информация может храниться сколь угодно долго, если на вход С не поступают импульсы (или если не обрубят питание). Информация может выводиться как в прямом (с прямых выходов триггеров), так и в инверсном коде (с инверсных выходов). Вроде все понятно.

Регистр сдвига. Другая разновидность регистров - регистр сдвига. Регистр сдвига предназначен для преобразования информации путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Посмотрим на структуру регистра сдвига на D-триггерах:

Рис. 2 - Регистр сдвига на D-триггерах

Как видно из рисунка, в регистре сдвига также объединяются входы R и C триггеров. Перед записью информации регистр устанавливается в нулевое состояние. Информация подается на D-вход первого триггера. При подаче импульса на вход С бит информации (лог. 0 или лог. 1) записывается в триггер. При подаче следующего импульса этот бит записывается в следующий триггер. При этом в первый триггер записывается следующий бит информации и т. д. Другими словами, при воздействии тактовых импульсов информация продвигается по регистру от первого триггера к последнему. При заполнении всех триггеров число в параллельном коде можно вывести с выходов Q0-Q2. При этом первый бит информации будет присутствовать на выходе Q2, второй - на выходе Q1 и т. п.

Схемы на рисунках 1 и 2 можно объединить. Если между входами и выходами триггеров поставить схемы электронных переключателей, то при воздействии управляющего сигнала регистр можно переводить из последовательного в параллельный и наоборот.

Показанный на рисунке регистр сдвигает информацию только в одну сторону. Такие регистры называют регистром со сдвигом вправо или регистр со сдвигом влево (смотря куда он сдвигает). Существуют регистры, сдвигающие информацию в обе стороны. Направление сдвига определяется управляющим сигналом, подаваемым на специальный вход (подобно реверсивным счетчикам.)

71. Регистры последовательных приближений

Регистр последовательных приближений. Обычно такие регистры используют в аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Структура такого регистра довольно сложна, поэтому на рисунке обобщенно показан вариант регистра последовательных приближений.

Рис. 3 - Регистр последовательных приближений

RG обозначает, что это регистр. На вход D поступает информация с устройства сравнения. Запись информации производится за два такта на каждый разряд регистра. Вход С - вход этих самых тактов. Например, на вход D подается уровень лог. 1 и при воздействии тактового импульса в разряд, скажем, Q11 записывается эта единичка. Во втором такте этот бит либо подтверждается, либо отменяется, в зависимости от состояния входа D (его потенциала). После этого в третий такт уровень лог. 1, если он, конечно, есть на входе D, записывается в следующий разряд - Q10, а во втором такте также либо подтверждается, либо отменяется и так далее. После 24 тактов на выходе регистра, а именно на выходах Q0-Q11, записанное число оказывается цифровым эквивалентом аналоговой величины, воздействующей на входе устройства сравнения. Вход Е служит для разрешения работы регистра, вход S - вход стартового запуска (обычно эти сигналы инверсные), выход D0 - выход последовательного кода, С0 - выход конца преобразования.

Помимо рассмотренных существуют так называемые многоцелевые регистры или сверхоперативные запоминающие устройства. Это устройства, содержащие в себе несколько параллельных регистров и две выходные шины. Информацию из любого регистра можно вывести на одну шину, из другого регистра - на другую. При этом в любой регистр можно одновременно вести запись.

72. Дешифраторы, принцип работы и назначение

Дешифратором называется комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. 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.

Значение активного уровня (нуля) имеет тот выход, номер которого равен десятичному числу, определяемому двоичным числом на входе. Например, если на всех входах – логические нули, то на выходе – логический ноль, а на остальных выходах – логическая единица. Если на входе А2 – логическая единица, а на остальных входах – логический ноль, то на выходе – логический ноль, а на остальных выходах – логическая единица. Если на входе – двоичное число, превышающее 9 (например, на всех входах единицы, что соответствует двоичному числу 1111 и десятичному числу 15), то на всех выходах – логическая единица.

Дешифратор 4´10