Регистры.
При построении ВМ широко используются функциональные схемы, обеспечивающие операции хранения и преобразования информации над группами битов (машинными словами). Такие сложные схемы называются узлами. К типовым узлам относят: регистры, счетчики, сумматоры. Все они также принадлежат к регулярным структурам, состоящим из одинаковых параллельно работающих одноразрядных схем.
Регистры самые распространенные узлы ЭВМ.
Регистром называют узел, предназначенный для приема, временного хранения и выдачи одного машинного слова.
Регистры используются также для выполнения некоторых операций над словами: сдвиг слова на определенное число разрядов вправо или влево, образование обратного кода числа, выполнение логических операций над несколькими словами, преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратный код и ряд других операций. Эти дополнительные функции регистров обеспечиваются путем усложнения схем хранения, выбора более сложных триггеров и подключения дополнительных логических схем на их входах и выходах.
Регистры строятся на различных элементах, имеющих два устойчивых состояния, чаще всего это триггера. Таким образом, регистры представляют собой совокупность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение различных операций над словом.
Регистры классифицируются по способам приема и выдачи данных, по количеству каналов передачи слов (парафазные - передается прямой и инверсный код каждого разряда числа и однофазные - передается один из кодов числа), по способу тактирования (однотактные и многотактные).
По способам приема и выдачи данных регистры делятся на:
параллельные (статические). В них прием и выдача слов производятся по всем разрядам одновременно по собственным шинам для каждого разряда. Основная функция - хранения слова, поразрядные операций над словами;
последовательные (сдвигающие). В них слова принимаются и выдаются разряд за разрядом, их называют сдвигающими, поскольку тактирующие сигналы перемещают слова в разрядной сетке;
последовательно- параллельные регистры имеют одновременно входы последовательного и параллельного приема (выдачи) слов и могут выполнять взаимные преобразования последовательных кодов в параллельные и наоборот.
Рассмотрим схему параллельного парафазного регистра, используемого для запоминания двоичного трехразрядного числа рис. 2.17.
1 0
0 1 1 0
Чтение прямой код
Чтение обратный
код
Установ «0»
Запись
X2
X1
X0 1
0 1
Рис.
2.17 Схема параллельного регистра
Регистр состоит из триггерных ячеек и схем совпадений, которые служат для управления приемом и выдачей числа. Каждая триггерная ячейка предназначена для запоминания одного разряда числа. Предварительно перед установкой кода на регистр на все разряды входов R триггеров подается сигнал сброса (Установ «0»), переводящий все триггеры в состояние «0» (очистка регистра). Информация в регистр записывается под действием сигнала «Запись», подаваемого на один из входов схем &1, на второй вход схем &1 подаются разряды числа Xi (i-номер разряда), представленные высокими (1) и низкими (0) потенциалами (наличие или отсутствие импульса). С поступлением импульса приема числа (записи) открываются те схемы &1, на входы которых подан высокий потенциал, и соответствующие триггеры переходят в состояние «1».
Для чтения числа, записанного в регистре в прямом коде, на входы схем совпадения &2 ,подключенных к выходам Q триггеров, подается импульс выдачи числа («Чтение прямой код»). При этом сигналы, соответствующие коду «1», появляются на выходах тех схем совпадений &2 , на которые подаются высокие потенциалы с выходов триггеров, находящихся в единичном состоянии. При подаче сигнала « Чтение обратный код» на входы схем совпадения &3 число снимается в обратном коде. Если оба эти сигнала поступают одновременно, то считывается парафазный код хранящейся информации.
Более сложная логика на входе и выходе запоминающих элементов позволяет строить сдвигающие регистры.