38. Регистры и регистрированные файлы. Сдвигающие и универсальные регистры. Буферные регистры. Шинные формирователи.

Регистры и регистровые файлы

Регистры — самые распространенные узлы цифровых устройств. Они опе­рируют с множеством связанных переменных, составляющих слово. Над словами выполняется ряд операций: прием, выдача, хранение, сдвиг в раз­рядной сетке, поразрядные логические операции.

Регистры состоят из разрядных схем, в которых имеются триггеры и, чаше всего, также и логические элементы.

По количеству линий передачи переменных регистры делятся на однофазные и парафазные, по системе синхронизации на однотактные, двухтактные и многотактные. Однако главным классификационным признаком является способ приема и выдачи данных. По этому признаку различают параллельные (статические) регистры, последовательные (сдвигающие) и параллельно-последовательные.

В параллельных регистрах прием и выдача слов производятся по всем раз­рядам одновременно. В них хранятся слова, которые могут быть подвергну­ты поразрядным логическим преобразованиям.

В последовательных регистрах слова принимаются и выдаются разряд за разрядом. Их называют сдвигающими, т. к. тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их в разрядной сетке. Сдвигающий регистр мо­жет быть нереверсивным (с однонаправленным сдвигом) или реверсивным (с возможностью сдвига в обоих направлениях).

Последовательно-параллельные регистры имеют входы-выходы одновременно последовательного и параллельного типа. Имеются варианты с последовательным входом и параллельным выходом (SIPO, Serial Input — Parallel Output), параллельным входом и последовательным выходом (PISO), а также варианты с возможностью любого сочетания способов приема и выдачи слов.

Регистровые файлы

Из статических регистров составляются блоки регистровой памяти — реги­стровые файлы. В микросхеме типа ИР26 (серии КР1533, К555 и др.) можно хранить 4 четырехразрядных слова с возможностью независимой и одновре­менной записи одного слова и чтения другого. Информационные входы регистров соединены параллельно. Входы адресов записи WA и WB (от Write) дают четыре комбинации, каждая из которых разрешает "защелкнуть" данные, присутствующие в настоящее время на выводах D₁_₄.

Содержимое файла (регистра) вызывается на выходы блока Q_1-4 с помощью дешифратора считывания (адресных входов мультиплексора) адресами RA и RB (от английского Read). Таких адресов четыре.

Если на входе разрешения записи WE (Write Enable) действует активный низкий уровень, то данные поступают в соответствующий регистр, при вы­соком уровне WE входы для данных и адресов запрещены. Выходные данные выдаются в прямом коде.

Сдвигающие регистры

Последовательные (сдвигающие) регистры представляют собою цепочку разрядных схем, связанных цепями переноса.

В однотактных регистрах со сдвигом на один разряд вправо (рис. 3.39, а) слово сдвигается при поступлении синхросигнала. Вход и выход последова­тельные (DSR — Data Serial Right). На рис. 3.39, б показана схема регистра со сдвигом влево (вход данных DSL — Data Serial Left), а на рис. 3.39, в ил­люстрируется принцип построения реверсивного регистра, в котором име­ются связи триггеров с обоими соседними разрядами, но соответствующими сигналами разрешается работа только одних из этих связей (команды "влево" и "вправо" одновременно не подаются).

Рис. 3.39. Схемы регистров сдвига вправо (а), влево (б) и реверсивного (в)

Многотактные сдвигающие регистры управляются несколькими синхро-последовательностями. Из их числа наиболее известны двухтактные с ос­новным и дополнительным регистрами, построенными на простых односту­пенчатых триггерах, управляемых уровнем

Универсальные регистры

В сериях ИС и библиотеках БИС/СБИС программируемой логики имеется много вариантов регистров (в схемотехнике ТТЛШ их около 30). Среди них многорежимные (многофункциональные) или универсальные, способные выполнять набор микроопераций. Многорежимность достигается компози­цией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различ­ных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой в данное время операции, активизируют необходимые для этого части схемы.

Регистры, имеющие разнотипные вход и выход, служат основными блоками преобразователей параллельных кодов в последовательные и обратно.

Шинные формирователи

Шинные формирователи (ШФ), называемые также приемопередатчиками, шинными драйверами или магистральными вентиль-буферами, включаются между источником информации и шиной. Они усиливают сигналы по мощ­ности при работе на шину, отключают источник информации от шины, когда он не участвует в обмене, формируют при необходимости требуемые уровни сигналов логической 1 или 0. Двунаправленные ШФ позволяют в зависимости от сигнала управления передавать сигналы в шину или, напро­тив, принимать их с шины и передавать приемнику данных.

Различные ШФ отличаются не только разрядностью, но и передачей сигна­лов в прямом или инвертированном виде (ШФИ), а также прямыми или инверсными сигналами разрешения работы. Отличаются они и электриче­скими характеристиками.

Буферные регистры

Буферные регистры служат для подключения к магистрали внешнего уст­ройства. В отличие от ШФ, буферные регистры способны хранить данные. Благодаря этому они могут выполнять временную буферизацию данных, что составляет важнейшую функцию портов. Буферные каскады с тремя состоя­ниями на выходах регистра обеспечивают портам возможность отключения от магистрали под действием управляющих сигналов, а также необходимую нагрузочную способность.

Через порты ввода данные от ВУ поступают в магистраль, а через порты вы­вода данные с магистрали передаются тому или иному модулю. Порты вво­да-вывода могут выполнять обе указанные операции.

Шинные формирователи и буферные регистры связывают, как правило, вы­ходы МП с внешней средой, поскольку нагрузочная способность МП недос­таточна.