4.6 Регистры и регистровые файлы

Регистр – последовательностное логическое устройство, осуществляющее приём и запоминание n- разрядного слова (кода), х₁, х₂,… х_n-1, x_n, а также выполнение определённых микроопераций над этим словом. Число разрядов в регистре называют его длиной. В n-разрядном регистре может быть записано 2ⁿ различных n-разрядных двоичных чисел, т.е. находится в 2ⁿ различных состояниях. Регистр представляет собой упорядоченную совокупность триггеров (RS-, D- или JK- типов с динамическим или статическим управлением). Разрядность регистра соответствует количеству используемых в нём триггеров. Каждый триггер имеет прямой и инверсный выходы, используемые соответственно для получения прямого и инверсного кодов. Кроме триггеров в состав регистра входит комбинационная схема, формирующая функцию возбуждения (входные сигналы) триггеров. По виду выполняемых операций над словами различают регистры накопительные (памяти, хранения), предназначенные для приёма и передачи информации, и сдвигающие.

По количеству входных каналов регистры бывают одно- и парофазными.

По количеству тактов управления, необходимых для записи кода слова, различают одно-, двух- и многотактные (n-тактные) регистры.

По способу приёма и передачи информации различают последовательные (с записью кода числа путем его последовательного сдвига тактирующими сигналами, начиная с младшего или старшего разряда), параллельные (с записью числа во все разряды одновременно параллельным кодом) и параллельно- последовательные регистры.

4.6.1 Регистры памяти

Назначение регистров памяти – хранение двоичной информации небольшого объёма в течение короткого промежутка времени. Регистры представляют собой набор синхронных триггеров, каждый из которых хранит один разряд двоичного числа.

Из статических регистров (регистров памяти) составляются блоки регистровой памяти - регистровые файлы. Такие блоки позволяют осуществлять независимую и одновременную запись одного слова и чтение другого.

4.6.2 Сдвигающие регистры

Предназначены для выполнения операции поразрядного сдвига хранимого двоичного слова информации после каждого тактового импульса (по сигналу С), т.е для перемещения всех цифр слова в направлении от старших к младшим разрядам (сдвиг вправо) или от младших к старшим разрядам (сдвиг влево).

4.6.3 Универсальные регистры

В сериях ИС и библиотеках БИС/СБИС программируемой логики имеется множество вариантов регистров . Среди них есть многорежимные (многофункциональные) или универсальные, способные выполнять набор микроопераций. Многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой операции, активизируют необходимые для этого части схемы.

4.7 Счётчики

Счетчики – это последовательностные цифровые устройства, предназначенные для подсчета числа входных сигналов, фиксации этого числа в виде много разрядного двоичного числа, хранящегося в триггерах. Они обеспечивают преобразование числоимпульсного кода в двоичный или двоично-десятичный коды.

По способу кодирования внутренних состояний различают двоичные счетчики, счетчики Джонсона, счетчики с кодом «1 из N» и др.

По направлению счета счетчики подразделяют на простые (суммирующие или вычитающие) и реверсивные (с изменением направления счета).

По способу организации счета счетчики подразделяют на асинхронные и синхронные.

По способу организации цепей переноса между разрядами различают счетчики с последовательным, параллельным и частично параллельным переносом (только в группах разрядов).

Модуль счета характеризует число устойчивых состояний счетчика, т.е. предельное число входных сигналов, которое может сосчитать счетчик.

Разрешающая способность – минимально допустимый период следований входных сигналов, при котором обеспечивается надежная работа счетчика.

Время регистрации – интервал времени между моментами поступления входного сигнала и окончания самого длинного переходного процесса в счетчике.

Емкость счетчика – максимальное число единичных сигналов, которое может быть зафиксировано на счетчике.