6.2 Регистры

Регистры, как и триггеры, относятся к последовательностным схемам вычислительной техники. Регистр – это цифровое устройство для хранения одного многоразрядного числа.

Регистр является наиболее распространённым узлом цифровой техники. Регистр строится в виде набора триггеров, каждый из которых предназначается для хранения цифр определённого числа. Таким образом, регистр для хранения n-разрядного двоичного числа должен содержать n триггеров. Чаще всего регистры строятся на основе синхронных RS-триггеров или D-триггеров. В отдельных случаях регистры могут быть реализованы на базе JK-триггеров.

Классификация регистров:

По форме представления вводимых чисел регистры бывают:

• параллельные;

• последовательные.

В параллельный регистр число подаётся одновременно всеми разрядами. В нём данные записываются сразу, за один такт. Простейший вариант выглядит так: на вход регистра подаётся парафазный код числа, т.е. само число и его инверсия. Очевидно, что необходим триггер, имеющий два входа. Такие регистры обычно строятся на основе простейших синхронных RS-триггеров. Условное обозначение параллельного регистра показано на рисунке 1. Здесь буквами RG показано, что это регистр. Видно, что регистр состоит из двух триггеров, входы первого обозначены S₀ и R₀, выходы – Q₀ иQ₀.

Для второго соответственно входы S₁ и R₁, выходы – Q₁ иQ₁. Таким образом, этот регистр двухразрядный. Вход С – это вход сигнала записи (или синхронизирующий, управляющий вход).

Б олее подробное условное обозначение параллельного двухразрядного регистра показано на рисунке 2.

Последовательный регистр отличается от параллельного тем, что число подаётся последовательно, разряд за разрядом. На вход подаётся однофазный код числа (без подачи инверсных значений цифр разрядов), следовательно, RS-триггеры не могут быть использованы, нужны триггеры с одним входом, поэтому обычно применяют D-триггеры. Условное обозначение последовательного трёхразрядного регистра показано на рисунке 3.

а)

б)Рисунок 3. Последовательный регистр: а). Сокращённое условное обозначение; б). Подробное условное обозначение.

Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел. В процессоре имеется значительное количество регистров, большая часть которых используется самим процессором и недоступна программисту (например, при выборке из памяти очередной команды она помещается в регистр команд, и программист обратиться к этому регистру не может). Имеются также регистры, которые в принципе программно доступны, но обращение к ним осуществляется из программ операционной системы (например, управляющие регистры и теневые регистры дескрипторов сегментов). Этими регистрами пользуются в основном разработчики операционных систем. Существуют также так называемые регистры общего назначения (РОН), представляющие собой часть регистров процессора, использующихся без ограничения в арифметических операциях, но имеющие определенные ограничения, например в строковых. РОН, не характерные для эпохи мейнфреймов типа IBM/370 стали популярными в микропроцессорах архитектуры X86 — i8085, i8086 и последующих

Сдвиговые регистры представляют собой последовательно соединённую цепочку триггеров. Основной режим работы — сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала.

аккумулятор — используется для хранения промежуточных результатов арифметических и логических операций и инструкций ввода-вывода;

флаговые — хранят признаки результатов арифметических и логических операций;

общего назначения — хранят операнды арифметических и логических выражений, индексы и адреса;

индексные — хранят индексы исходных и целевых элементов массива;

указательные — хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стека);

сегментные — хранят адреса и селекторы сегментов памяти;

управляющие — хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.