Лекция №13 Последовательностные логические устройства (цифровые автоматы): регистры, счетчики

План

1. Регистры.

   1. Запоминающий регистр.

   2. Сдвигающий регистр.

2. Счетчики.

   1. Суммирующий счетчик.

   2. Вычитающий счетчик.

   3. Реверсивный.

1. Регистры

При выполнении различных логических и арифметических операций возникает необходимость хранения кода числа в течение некоторого времени. Иногда надо сдвинуть код вправо или влево, подсчитать кол-во импульсов и т.д. – эти операции выполняют специальные устройства: регистры, счетчики и дешифраторы.

Регистры – это узлы ЭВМ, предназначенные для хранения и преобразования чисел. Он представляет собой совокупность триггеров со схемой управления входными и выходными сигналами. Разрядность регистра соответствует количеству используемых в нем триггеров, т.е. число триггеров определяет разрядность слова. Каждый триггер регистра имеет прямой и инверсный выходы, используемые соответственно для получения прямого и интенсивного кодов.

Занесение информации в регистры называется операцией ввода или записи. Выдачу информации внешним устройством называют операцией вывода или считывания.

Классификация регистров:

1. По виду выполняемых операций:

   1. Регистры для приема.

   2. Для передачи.

   3. Для сдвига информации.

2. По способу приема и передачи информации:

   1. Последовательные.

   2. Параллельные.

   3. Параллельно-последовательные.

3. По количеству каналов, по которым информация поступает на входы:

   1. Однофазные – информация поступает на каждый разряд, только по одному каналу.

   2. Парафазные – по обоим каналам.

4. По количеству тактов управления необходимых для записи кода слова:

   1. Однотактные.

   2. Двухтактные.

   3. Многотактные.

1. Запоминающий регистр

Запоминающие регистры — простейший вид регистров. Их назначение — хранить кодовую информацию небольшого объема в течение относительно непродолжительного времени. Эти регистры представляют собой набор синхронных триггеров, каждый из которых хранит один разряд двоичного числа — бит информации. Запись и считывание информации производится одновременно во всех разрядах параллельным кодом. Структура запоминающего регистра иллюстрируется рис.1.

Рис.1. Запоминающий регистр; а) структурная схема, б) условное обозначение

Триггеры в схеме включены параллельно. На входах и выходах триггеров поставлены схемы «И», для управления моментов записи и считывания Уст «О» обнуляет регистр. Для записи числа на схемы «И» 1-3 подается число, по сигналу «разрешения записи» информация поступает к регистру, а по сигналу «С.И.» записывается в регистр и будет храниться там, пока не подадут сигнал Уст «О» или не выключат питание. При подаче сигнала разрешения считывания информация поступает на выход. На выходе информация получается в прямом коде. Для того, чтобы преобразовать число, записанное в регистре из прямого кода в обратный, его надо считывать с выходов _.

2. Сдвигающий регистр

Регистры сдвига или сдвиговые регистры (англ. shift register) представляют собой, последовательно соединенную цепочку триггеров. Т.е. в сдвиговых регистрах все триггеры соединены в последовательную цепочку (выход каждого предыдущего триггера соединен со входом D следующего триггера). Тактовые входы всех триггеров (С) объединены между собой. В результате такой триггер может рассматриваться как линия задержки, входной сигнал которой последовательно перезаписывается из триггера в триггер по фронту тактового сигнала С. Информационные входы и выходы триггеров могут быть выведены наружу, а могут и не выводиться - в зависимости от функции, выполняемой регистром.

Основной режим их работы - это сдвиг разрядов кода, записанного в эти триггеры. То есть по тактовому сигналу содержимое каждого предыдущего триггера переписывается в следующий по порядку в цепочке триггер. Код, хранящийся в регистре, с каждым тактом сдвигается на один разряд в сторону старших разрядов или в сторону младших разрядов, что и дало название регистрам данного типа.

Рис.2. Сдвигающий регистр

Рис.3 Временная диаграмма сдвигающего регистра и условное обозначение

Сдвигающий регистр применяется для выполнения операций сдвигов кода в последовательный и обратно. Сдвиг кода влево на один разряд соответствует умножению кода числа на основании системы счисления. Сдвиг вправо – делению. Для уменьшения кол-ва связей и оборудования сдвигающий регистр удобно строить на «D» триггерах. Установка этого регистра в 0 выполняется отрицательным импульсом на вход в . Параллельный код поступает на входы x₁-x₄. Запись параллельного кода осуществляется положительным импульсом на вход C_2, чтобы преобразовать параллельный код в последовательный надо подать информацию на входы x₁-x₄ при импульсе C₂ (C₂ = 1), затем считывать информацию в последовательном коде с выходом Q₄ при подаче синхроимпульса C₁ на каждый вид числа. Это называется выдвижением числа из регистра.

Для преобразования из последовательного кода в параллельный, информация подается на D₁ и по каждому синхроимпульсу С₁ информация задвигается в регистр. Информация считывается в параллельном коде с Q₁-Q₄. Если логически распределить так, что на х₁ (Q₁) находятся младший разряд числа, а на х₄ (Q₄) старшие, то такой регистр будет осуществлять сдвиг числа влево (*)¹. Если наоборот х₁ старший, х₄ младший – сдвиг вправо (÷)².