5.5.3. Регистры
Регистрами называются устройства, выполняющие функции приема, хранения, передачи и преобразования информации. Регистры – самые распространенные узлы цифровых устройств. Информация в регистре хранится в виде двоичного кода. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. Каждому разряду числа, записанного в регистр, соответствует свой разряд регистра, выполненного, как правило, на основе D-триггера.
Над словами выполняется ряд операций понимаем: прием, выдача, хранение, сдвиг в разрядной сетке, поразрядные логические операции, преобразование информации из одного вида в другой (последовательного кода в параллельный и наоборот).
Основным классификационным признаком, по которому различают регистры, является способ записи информации или кода в регистр. По этому признаку можно выделить регистры трех типов: параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.
В параллельные регистры запись числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды одновременно. Последовательные регистры характеризуются последовательной записью кода числа, начиная с младшего или старшего разряда, путем сдвига кода тактирующими импульсами. Регистры параллельно-последовательного типа имеют входы как для параллельной, так и для последовательной записи числа.
По назначению регистры подразделяются на накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие.
В свою очередь сдвигающие регистры делятся: по способу ввода-вывода информации на параллельные, последовательные и комбинированные; по направлению передачи информации на однонаправленные и реверсивные регистры. Как правило, сдвигающие регистры выпускаются многофункциональными.
Как было сказано выше параллельный регистр отличается тем, что запись двоичного числа осуществляется в нём параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновременно. Они принимают, хранят и передают информацию в виде двоичного числа, в связи с чем называются регистрами памяти. N-разрядный регистр содержит N-триггеров. Пример выполнения 3-х разрядного регистра на D-триггерах приведён на рис. 5.5.19., где X, Y и Z – информационные входы, С – тактовый вход.
Рис. 5.5.19. Параллельный 3-х разрядный регистр на D-триггерах
Во время фронта
импульса Т
срабатывают сразу все триггеры:
,
,
.
Информация считывается с выходов
,
,
.
Здесь изображён один канал поступления
информации. В общем случае их может быть
несколько, при этом каждый триггер
должен иметь соответствующее количество
информационных входов. Естественно,
что триггеры имеют установочный и
считывающий входы.
Последовательный регистр (сдвигающий регистр или регистр сдвига). Как было сказано выше он отличается тем, что запись числа в нём производится последовательным кодом, т.е. число поступает по одному входу. Значения разрядов передаются последовательно. Сам регистр состоит из последовательно соединенных ячеек памяти, в качестве которых используются D-триггеры, как показано на рис. 5.5.20.
|
|
Рис. 5.5.20. Последовательный регистр на D-триггерах |
Рис. 5.5.21. Временные диаграммы работы последовательного регистр на D-триггерах |
При поступлении
первого импульса Т
в момент его фронта в каждом триггере
записывается значение логического
сигнала на его входе:
(у
нас Х=1),
(
в
момент прихода первого импульса),
(
=0).
С приходом второго импульса Т
процесс записи повторяется, т.е. состояние
предшествующего триггера записывается
в последующий (или информация как бы
сдвигается). В нашем случае с приходом
второго импульса имеем:
,
;
.
Третий импульс С дает:
;
;
;
Соответствующие временные диаграммы приведены на рис. 5.5.21. В общем случае n-разрядное число регистр запоминает за n-тактовых импульсов. При этом последовательный код, поступивший на вход регистра, преобразуется в параллельный (у нас это число 101, причем читать начинаем со старшего разряда, т.е. с ). С поступлением каждого тактового импульса Т информация сдвигается в регистре на один разряд, что равносильно умножению кода на 2 (действительно 010 - это 2, а 100 - это 4).
Считывание информации возможно последовательное с выхода старшего разряда при дальнейшем поступлении тактовых импульсов (т.е. в виде последовательного кода). Для параллельного считывания используются выходы всех разрядов регистра.
Способность регистра сдвигать информацию по мере поступления тактовых импульсов широко используется в устройствах управления.
Помимо рассмотренных существуют параллельно-последовательные регистры, совмещающие свойства обоих, т.е. записывать информацию, как в последовательном, так и в параллельном кодах, и считывать информацию последовательным или параллельным кодом.
Реверсивные регистры служат для обеспечения возможности сдвига числа в сторону как старшего, так и младшего разрядов благодаря специально заложенным связям. С помощью управляющего сигнала вводится в действие либо прямая, либо обратная связи между разрядами.