Регистры

1.1.2. Регистры

1.1.2.1. Общие сведения. Классификация

Регистр – последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров (как правило, D-триггеров), число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.

Классификация регистров приведена на рис. 1.11. Регистры различают на накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие.

Регистры

Рис. 1.11. Классификация регистров

В свою очередь сдвигающие регистры классифицируются по способу вводавывода информации и по направлению передачи информации. По способу вводавывода информации регистры различают на:

-параллельные, считывание и запись информации в которых происходит одновременно со всех входов на все выходы;

-последовательные, считывание и запись информации в которых происходит по очереди от первого триггера до последнего (со входа регистра информация записывается в первый триггер, в то время как та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий и т.д. до последнего триггера на выходе регистра);

-универсальные (комбинированные), имеющие свойства как параллельных, так и последовательных регистров.

По направлению передачи информации различают однонаправленные и реверсивные регистры

Типичными операциями при работе регистров в цифровых электронных устройствах являются:

-прием слова в регистр;

-передача слова из регистра;

-поразрядные логические операции;

-сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;

-преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;

-установка регистра в начальное состояние (сброс).

использовании для построения параллельного регистра триггеров-защелок этот регистр, в свою очередь, называют регистром-защелкой.

При использовании регистров со статическим входом тактирования следует соблюдать осторожность, так как при единичном потенциале на входе синхронизации C, сигналы с входов регистра будут свободно проходить на его выходы. В таких случаях обычно используется двухтактная синхронизация.

Промышленностью выпускаются четырехразрядные и восьмиразрядные микросхемы параллельных регистров. Для построения восьмиразрядных микросхем обычно используются регистры со статическим входом синхронизации.

При решении практических задач часто требуется разрядность параллельных регистров большая восьми. В таком случае можно увеличивать разрядность регистров параллельным соединением готовых микросхем. Принципиальная схема параллельного соединения четырех регистров приведена на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Пример увеличения разрядности параллельного регистра

1.1.2.3. Последовательные регистры

Кроме параллельного соединения триггеров для построения регистров используются последовательное соединение этих элементов.

Последовательный регистр (регистр сдвига) обычно служит для преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот. Применение последовательного кода связано с необходимостью передачи большого количества двоичной информации по ограниченному количеству соединительных линий. При параллельной передаче разрядов требуется большое количество соединительных проводников. Если двоичные разряды последовательно бит за битом передавать по одному проводнику, то можно значительно сократить размеры соединительных линий на плате (и размеры корпусов микросхем).

Принципиальная схема последовательного регистра, собранного на основе D- триггеров и позволяющего осуществить преобразование последовательного кода

впараллельный, приведена на рис. 1.14, а.

Вэтом регистре триггеры соединены последовательно, то есть выход первого соединен с входом второго и т.д. Входы синхронизации в последовательных регистрах, как и в параллельных, объединяются. Это обеспечивает одновременность смены состояния всех триггеров, входящих в состав последовательного регистра.

Преобразование последовательного кода в параллельный осуществляется следующим образом. Отдельные биты двоичной информации последовательно подаются на вход D0. Каждый бит сопровождается отдельным тактовым импульсом, который поступает на вход синхронизации C.

Пусть на вход регистра поступает сигнал, временная диаграмма которого изображена на рис. 1.15, тогда состояние выходов этого регистра будет последовательно принимать значения

После поступления первого тактового импульса логический уровень, присутствующий на входе D0, запоминается в первом триггере и поступает на его выход, а так как он соединен с входом второго триггера, то и на его вход.