2. Регистрлердің жұмыс істеу қағидасы
2.1 Ығыструшы регистр жұмысы
Ығыструшы регистр жұмысын (әрбір жаңа санды тергенде) сандар клавиатурасынан әрбір санды тергенде индикатордағы сандардың солға қарай ығымқанын көрсететін микроколькулятордан бақылауға болады. Мысалы, 573 санын теру үшін келесі қадамдар істеледі. Ең алдымен 5 санының клавинасын басамыз және жібереміз. Осыдан кейін 7 саны бар клавинасын басамыз және жібереміз. Нәтижесінде индикатордағы 5 саны бір позицияға солға қарай ығысады, ал оның орнына 7 саны пайда болады; Индикаторда 57 саны шығады соңында 9 санын басып, жібергеннен кейін индикаторда 579 саны пайда болады. Берілген мысалдан ығыструшы регистрдің екі негізгі сипаттамасн көруге болады: 1) ығыструшы регистр уақытша жадылы құрылғы, осыған орай индикатордағы сандар клавинаны жібергеннен кейін де сақталады; 2) бұл құрылғы индикатордағы сандарды, әрбір жаңа сан терілгенде, саны солға қарай бір позицияға ығыстрады. Осындай қасиеттеріне байланысты регистрлер көптеген сандық жүйелерде қолданылады.
Ығыструшы регистрді бірнеше триггенрді байланыстра отырып алуға болады. Триггер – жады элементінен тұрады. Оның дәл осы қасиеті ығыструшы регистрлерді жеке логикалық элементтерден немесе триггерлерден жинаудың орнына, бұл құрылғыларды монолитті ИС түрінде алуға болады.
Сурет 2.1-Санау жүйесінде қолданылған ығыструшы регистр
Ығыструшы регистрлер мәліметтерді уақытша сақтау үшін қолданылады.
2.1-суретте санау жүйесінде қолданылған ығыструшы регистр келтірілген.
Берілген сандық жүйе калькулятор болып табылады. Көңіл аударып қараса
ығыструшы регистр уақытша буферлі жады ретінде шифратормен процессор, сондай-ақ процессор мен дешифратор арасында қолданылған. Олардың сандық жүйесінің басқа жерлерінде де қолдануға болады.
Тізбекті ығыструшы регистр
2.2-суретте қарапайым регистр сұлбасы көрсетілген. Бұл триггер төрт D-триггерлерінен жиналған. Мұндай регистр төртразрядты ығыструшы регистр деп аталады. А, В, С, D Мәліметтерінің төрт екілік разрядын сақтауға мүмкіндік береді.
Сурет - 2.2 Тізбекті ығыструшы регистр
2.1.-кесте және 2.2-сурет көмегімен регистр жұмысын қадағалауға болады. Ең алдымен регистрді тазартамыз. (А, В, С, D шығыстарында логикалық 0 деңгейін орнатамыз). Бұл үшін СLR тазарту кірісіне логикалық 0 бі беру керек. Регистрдің алынған жағдайына (күйіне) 2.1-кестенің 1 жолы сәйкес келеді.
Кесте 2.1 Регистр жұмысын қадағалау кестесі
Кіріс импульсінің номері |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
Q4 |
... |
Qn-1 |
Qn |
0 1 2 3 ... n-2 n-1 n |
1 0 0 0 ... 0 0 0 |
0 1 0 0 ... 0 0 0 |
0 0 1 0 ... 0 0 0 |
0 0 0 1 ... 0 0 0 |
... ... ... ... ... ... ... ... |
0 0 0 0 ... 1 0 0 |
0 0 0 0 ... 0 1 0
|
Тактілі импульстер келіп түскенге дейін регистр шығыстары 0000 күйінде болады. СLК синхрондаушы кірісіне бірінші импульсті береміз индикатор 1000 санын көрсетеді (2.1-кестенің 3 жолы), себебі ТА триггерінің ақпараттық кірісіндегі тактілі импульстегі логикалық 1 оның Q шығысына ауыстрылады. Енді регистрдің ақпараттық кірісіндегі логикалық 1 кезінде осы бірлік әр тактілі импульспен А разрядына енгізіледі, ал оның алдында енгізілген бірліктер бір позицияға (разряд) оңға қарай (2 және 3 тактілі импульстері; 2.1 - кесте) ығысады. Дәл осындай ақпаратты кіріске логикалық 0 ді беру кезінде осы нөл әрбір тактілі импульспен А разрядына енгізіледі, ал оның алдында енгізілген бірліктер оңға қарай ығысады. (4-8 тактілі импульстері; 2.1 - кесте) 9 тактілі импульс кермес бұрын ақпаратты кірісте 1 орнатылады; ал 10 импульсінен бұрын бұл кіріс 0 ге оралады. 9-13 тактілі импульстер әсері нәтижесінде регистрге енгізілген бірлік индикаторда оңға қарай жылжиды. 2.1 - кестенің 15 жолы 13 импульсте бұл бірлік оң жақ ақырғы разрядтан кетіп, жоғалатынын көрсетеді.
D – триггерді, сондай-ақ, кідіруі бар триггер деп аталатынын да еске салайын, ол ақпараттық сигналды D кірісінен Q шығысына бір ырғаққа кідірумен береді.
2.2 - суретте көрсетілген құрылғыны тізбекті ығыструшы регистр деп атайды. Тізбекті тербелмелі бұл регистрге мәліметтер разрядтан соң разряд бойынша енгізілетінін көрсетеді. Мысалы, регистрге 0111 комбинациясын енгізу үшін 2.1-кестенің 1-ден 6-ға дейінгі жолдардың барлық жағдайынан тізбекті өту керек. 4-битті 0111 комбинациясын тізбекті ығыструшы регистрге жүктеу 5 ырғақ нәтижесінде жүзеге асырылады. (2 жолды есептемеуге болады). 2.1-кестеден көріп отырғагымыздай (10-14 жолдар) 5 ырғақ нәтижесінде 0001 комбинациясының да жүйелеуін жүзеге асыруға болады.
Регистрді жүктеудің тағы бір әдісі – параллель (немесе кеңейтілген) жүктеу, бұл жағдайда барлық ақпараттың биттер (разрядтар) регистрге бір тактілі импульс нәтижесінде, бір уақытта енгізіледі. Параллель регистр ретінде 7475 фиксаторын алуға болады. Екілік комбинацияның барлық 4 биттері рұқсат ету кірісіндегі 0 жоғарғы деңгей кезінде осы фиксаторға жүктеледі.
2.2-суреттегі ығыструшы регистрді сұлбаға тағы бір D триггерін қосу арқылы 5 –разрядтыға өзгертуге болады. Әдетте ығыструшы регистрлері 4-, 5- немесе 8- разрядты болады. Оларда тек D триггерді ғана емес, сонымен қатар басқа типтегі триггерлерді қолдануға болады (мысалы, JK - триггерлері немесе ырғақты RS - триггерлері).
Тізбекті ығыструшы регистр кемшілігі: ол әрбір ырғақты импульсте тек биттік ақпаратты енгізуге рұқсат етеді, және ақпараттың регистрде оңға қарай ығысуы кезінде оң жақтағы соңғы ақпараттық бит жоғалады.
Параллель ығыструшы регистр.
2.3-суретте 4 бит ақпаратты бір уақытта параллель жүктеуге мүмкіндік беретін жүйе көрсетілген. Бұл құрылғының А, В, С, D кірістері ақпараттық болып табылады. Бұл жүйені тағы бір пайдалы қасиетпен толықтруға болады. Ол – құрылғы шығысындағы мәлімет жоғалмай оның кірісіне қайта оралатын ақпараттың сақиналы жалжу мүмкіндігі.
2.3-суретте 4-разрядты сақиналы параллель ығыструшы регистр сұлбасы көрсетілген. Бұл ығыструшы регистрде төрт JK – триггерлері қолданылған. TD Триггерінің Q және Q шығыстарынан ТА триггерінің J және К кірістері арасындағы кері байланыс тізбегіне көңіл аудару қажет. Осы кері байланыс тізбегінің арқасында регистрге енгізілген ақпарат жоғалмай ығыструшы регистрде айналып отырады (регистрді тазарту). СLR кірісіндегі логикалық 0 деңгейі регистрді тазарту сигналы болып табылады (регистр кірістерін 0000 жағдайына келтіру). А, В, С және D мәліметі параллель жүктеу кірістері триггерді ақырғы орнату шығыстарымен (РS) байланысқан, ол логикалық 0 деңгейін кезкелген кірісте орнатуға мүмкіндік береді. Егер осы кірістердің біріне, тіпті қысқа уақыттың аралығында логикалық 0 берсек, онда сәйкес шығыста логикалық 1 орнатылады. Барлық JK триггерлерінің СLL кірістеріне тактілі импульс берсек ақпараттың оңға қарай ығысуын туғызады.
Сурет
- 2.3Параллель ығыстырушы регистр
Мәліметтер ТD триггерлерінен ТА триггерлеріне беріледі(ақпараттың сақиналы жылжуы).
2.2-кесте параллель ығыструшы регистрдің жұмыс қағидасын түсінуге мүмкіндік береді. Регистр шығыстарына қоректі қосқан кезде кез-келген екілік комбинация орнатылуы мүмкін, мысалы 2.2-кестенің 1 жолы. СLR кірісіне логикалық 0 беру регистрдің тазартуын болдыртады (2 жол), содан кейін (3 жол) 0100 екілік комбинацияның регистрге жүктелуі жүзеге асырылады. Тізбекті тактілі импульстер регистрге енгізілген ақпараттың оңға қарай ығысуын туғызады (4-8 жолдар). 5 және 6 жолдарға көңіл аударайық: оң жақтағы ақырғы ТD триггеріндегі бірлік сол жақтағы ақырғы ТА триггеріне ауыстрылады. Бұл регистрдегі сақиналы жылжуды көрсетеді.
Осыдан кейін (9 жол) СLR шығысы көмегімен регистрдің қайтадан тазаруы іске асырылады. 0110 жаңа екілік комбинация жүктеледі (10 жол). 5 тактілі импульсті беру (11-15 жол) ақпараттың 5 позицияға оңға қарай сақиналы ығысуын туғызады. Мәліметтерді алғашқы күйге келтіру үшін 4 тактілі импульс керектігіне көңіл аудару қажет. Егер 2.3-суретте көрсетілген ығыструшы регистрдегі кері байланыс тізбегін ажыратсақ, онда қарапайым параллель ығыструшы регистрді аламыз: ақпараттың соңынен жылжу мүмкіндігі жойылады.
Кесте 2.2Төрт разрядты сақиналы параллель ығыструшы регистр жұмысы
кіріс |
шығыс |
|||||||||
Баған ромері |
тазарту |
|
Тактілі импульс номері |
ТА |
ТВ |
ТС |
ТD |
|||
А |
В |
С |
D |
А |
В |
С |
D |
|||
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
0 |
0 |
2 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
|
0 |
0 |
3 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
4 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
5 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
0 |
6 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3 |
0 |
1 |
1 |
1 |
7 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
4 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
9 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
10 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
11 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
6 |
1 |
0 |
0 |
0 |
12 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
7 |
0 |
1 |
0 |
0 |
13 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
8 |
0 |
0 |
1 |
0 |
14 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
9 |
0 |
0 |
0 |
1 |
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |