Регистры, их назначение и классификация

Регистром называют ПЦУ, предназначенное для приема, хранения, выдачи и преобразования кодовых слов (сдвиг в разрядной сетке, поразрядные логические операции).

Регистры состоят из разрядных схем, в которых имеются триггеры, а также логические элементы.

Регистры классифицируются по следующим признакам.

По способу приема и выдачи данных регистры делятся на параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига) и параллельно-последовательные. В параллельных регистрах прием и выдача слов производится по всем разрядам одновременно. В них хранятся слова, над которыми можно выполнять поразрядные логические операции.

В последовательных регистрах слова принимаются и выдаются разряд за разрядом. Их называют регистрами сдвига, так как тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их в разрядной сетке. Регистры сдвига могут быть с однонаправленным сдвигом и реверсивным (с возможностью сдвига в обоих направлениях).

Параллельно-последовательные регистры имеют входы/выходы одновременно последовательного и параллельного типов. Кроме того существуют варианты с последовательным входом и параллельным выходом и наоборот.

По количеству линий передачи переменных регистры делятся на однофазные и парафазные.

По системе синхронизации регистры делятся на однотактные, двухтактные и многотактные.

Параллельные регистры

В параллельных регистрах схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи синхронизации (тактирования), сброса/установки, разрешения приема или выдачи, т.е. цепи управления. В современной цифровой схемотехнике регистры обычно строят на D-триггерах с прямым динамическим входом синхронизации, которые обеспечивают простоту схемы и высокое быстродействие. Пример схемы параллельного регистра, построенного на таких триггерах, имеющего входы сброса и выходы с третьим состоянием, управляемые сигналом , показан на рисунке 21. УГО регистра представляет собой прямоугольник с аббревиатурой RG (от англ. Register) во внутреннем поле (рисунок 21, а).

Рисунок 21 – Параллельный регистр на D-триггерах с прямым динамическим входом синхронизации. Условное графическое обозначение (а) и логическая схема (б)

Для сброса регистра в исходное нулевое состояние на вход сброса (рисунок 21) следует подать нулевой сигнал. Кодовое слово, подлежащее записи в регистр, подается одновременно всеми разрядами на информационные входы D_n-1...D₀. Запись входного слова происходит по положительному фронту сигнала синхронизации на входе C. При единичном значении сигнала на входе разрешения регистр работает в режиме хранения. Для выдачи кодового слова на параллельные выходы Q_n-1…Q₀ подается нулевой сигнал на вход разрешения OE.

Некоторые параллельные регистры относятся к числу буферных, т.е. рассчитаны на работу с большими емкостными и/или низкоомными активными нагрузками. Это обеспечивает их работу непосредственно на шину (магистраль) без дополнительных схем интерфейса.