5.8. Параллельные регистры Регистры.

В работе изучаются назначение регистров и их классификации. Рассматриваются функциональные возможности параллельных регистров, выполненных на триггерах различных типов. Изучается методы синтеза параллельных и последовательных регист­ров.

Назначение и классификация регистров

Регистры предназначены для кратковременного хранения и преобразования многоразрядных двоичных чисел. Строятся ре­гистры на основе триггеров о использованием вспомогательных логических элементов. Число триггеров равно разрядности об­рабатываемых двоичных чисел.

По способу ввода и вывода информации регистры бывают:

- параллельные (регистры памяти),

- последовательные (регистры сдвига),

- параллельно – последовательные.

В параллельных регистрах ввод и вывод двоичного числа осуществляется в параллельном ходе. Эго оз­начает, что все разряди двоичного числа вводятся о выводят­ся одновременно, за один такт времени. При вводе каждый раз­ряд числа подается на вход «своего» разрядного триггера, а при выводе - снимается о выхода этого триггера.

В последовательных регистрах число вводится, продвигается по регистру и выводится в последова­тельном коде. При вводе число поступает на вход регистра и в каждый такт времени, разряд за разрядом, "вдвигается" в регистр до тех пор, пока калий разряд не займет «свой» раз­рядный триггер. При выводе числа в каждый такт времени его разряды по одному появляются на выходе регистра. Время вво­да (вывода) m – разрядного двоичного числа равно m , где - период следования тактирующих сигналов.

В параллельно-последовательных регистрах число мечет вводиться в параллельном коде, а выводится – в последовательном, и на оборот.

По способу представления вводимой, и выводимой информации реализуют однофазные и парафазные регистры.

В однофазных регистрах число вводится и выводится либо в прямом, либо в обратном копе. Перед вводом обычно требуется регистр обнулить, т.е. установить все его разряды в 0.

В парафазных регистрах вводятся одновременно и прямой, и обратный коды числа, предварительного обнуления регистра не требуется.

Параллельные регистры

Параллельные регистры предназначены для кратко, него хранения двоичных кодов чисел, а такие для выполнения некоторых поразрядных логических операций над двоичными числами. Хранить информацию могут любые параллельные регистры, независимо от типа базового триггера. Характер же логических операций зависит от типа используемого триггера и комбинации управляющих сигналов. Наиболее распространенными логическими операциями над двоичными числами (словами) являются поразрядные конъюнкция, дизъюнкция и сложения по mod 2. Эти операции позволяют производить несложную обработку информации.

Поразрядная конъюнкция позволяет выделить (маскировать) определенную часть слова. Пусть, например в слове А=1110 надо выделить значения двух последних разрядов. Для этого берется слово – маска B=0011, содержащие единицы в нужных разрядах, и выполняется поразрядная конъюнкция С=А*B. Полученное слово – результат С=0010 содержит значение выделяемых разрядов.

Поразрядная дизъюнкция позволяет из двух слов А и B, представляющих собой, например, строки таблиц, сформировать общую строку таблицы, то есть слово С.

A=000011, B=110000, C=A v B=110011.

Поразрядное сложение по mod 2 позволяет сравнить два двоичных слова A и B. Если эти слова идентичны (равны), то в результате поразрядного сложения по mod 2 получается новое слово С, все разряды которого содержат нули.

Рассмотренные операции могут быть выполнены на параллельном регистре.

Схема параллельного регистра состоит из нескольких абсолютно одинаковых разрядов. Рассмотрим порядок синтеза i – го разряда параллельного регистра на RS – триггерах.

Как отмечалось выше, а параллельный регистр информация вводится в однофазном или парафазном коде. Кроме того регистр может устанавливаться в ноль. Соответственно этому в регистре должна быть предусмотрена возможность подачи следующих управляющих сигналов:

– для ввода в прямом коде,

– для ввода в обратном коде,

– для установки регистра в ноль.

Функция переходов RS – триггера.

.

Пусть в исходном состоянии регистр хранит какое – то двойное число . Тогда триггер i – го разряда находится в состоянии и запишется как: .

При вводе числа в парафазном коде прямой код и управляющий сигнал подаются на вход , а обратный код и сигнал – на входе . На вход , кроме того, может подаваться сигнал . Следовательно, входная логика триггера описывается уравнениями.

,

v .

Подставив в , получим

.

Преобразуем к виду:

.

Выражение и полностью определяют схему i – го разряда синтезируемого регистра.

Исследуя при всех возможных комбинациях значений , можно установить, какие логические операции могут быть выполнены над в полученном регистре.

Несколько упростим задачу, предположив, что наш регистр работает как однофазный, то есть информация вводится только в прямом коде, а сигнал отсутствует ( =0). Тогда примет вид:

.

Определим функциональные возможности такого однофазного регистра. Для этого при всех возможных значений и определим соответствующие значения выражений и результаты сведем в операционную таблицу (табл.5.8.1).

Таблица 5.8.1

		S	R			Операция
0	0	0	0			хранение
0	1	0	1		0	Установка в нуле
1	0		0			дизъюнкция
1	1		1			Однофазный ввод

Из таблицы видно, что регистр может хранить ранее введенное число , при этом , запоминать вновь вводимое число , устанавливать в нуле и выполнять операцию дизъюнкция и . Каждая операция выполняется при определенных значениях и .

Функциональные возможности парафазного регистра несколько шире. Так, например, из можно убедиться, что при =1, выполняется операция конъюнкции.

Входная логика i – го разрядного триггера однофазного регистра определяется формулами при = 0:

, .

Здесь – значение вводимого разряда ( или ).

Рис 5.8.1

Схему i – го разряда синтезируемого регистра, выполненная в базисе элементов И – НЕ, приведена на рис. 5.8.1 за основу взят RS – триггер с инверсными входами (рис 5.2.1). Состояния разряда может быть определено с помощью индикаторной лампочке, подключенной к прямому выходу триггера. Схема m – разрядного параллельного однофазного регистра содержит m таких разрядов.

Следуя рассмотренному порядку, можно провести синтез параллельного регистра на базе различных типов триггеров. Такие регистры различаются логическими возможностями и реализуются схемами различной сложности. Анализ логических возможностей регистров проводят, составляя для каждого конкретного случая операционную таблицу, подобную таблице 5.8.1.

Для хранения чисел в прямом коде целесообразно использовать в качестве базового тактируемой D – триггер, на D –вход которого подается разряд хранимого числа, а на С – вход –p управляющий сигнал . Схема такого регистра более проста. Использование RS – триггера усложняет схему, однако RS – триггер обладает большими операционными возможностями.

При работе со схемами параллельных регистров на лабораторном стенде следует продумывать порядок выполнения операций и внимательно следить за значениями управляющих сигналов. Так, например, при выполнении операций дизъюнкции на однофазном регистре (таблица 5.8.1) после ввода первого слагаемого следует установить разряд на хранение, то есть задать . В след за этим следует подать на вход разряда второе слагаемое , после чего можно производить дизъюнкцию, то есть установить при .