Регистры
.doc3.8. Регистры
Регистр (от to register - регистрировать) - это цифровой узел, предназначенный для записи и хранения числа. Некоторые регистры могут преобразовывать информацию из последовательной формы в параллельную и наоборот. Для начала рассмотрим регистр хранения.
Регистр хранения
Структура регистра хранения на D-триггерах показана на рисунке 1.
Рис. 1 - Регистр хранения на D-триггерах
Каждый триггер служит для хранения одного разряда числа. Вход R служит для установки триггеров в нулевое состояние перед записью информации. Входное двоичное число подается на входы D0-D2 и при подаче импульса на вход С в триггеры записывается этот код, т. е. содержащаяся в нём информация. Эта информация может храниться сколь угодно долго, если на вход С не поступают импульсы (или не выключат питание). Информация может выводиться как в прямом (с прямых выходов триггеров), так и в инверсном коде (с инверсных выходов).
Регистр сдвига
Другая разновидность регистров - регистр сдвига. Регистр сдвига предназначен для преобразования информации путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Посмотрим на схему регистра сдвига на D-триггерах:
Рис. 2 - Регистр сдвига на D-триггерах
Как видно из рисунка, в регистре сдвига объединяются входы R и C триггеров. Перед записью информации регистр устанавливается в нулевое состояние. Информация подается на D-вход первого триггера. При подаче импульса на вход С бит информации (лог. 0 или лог. 1) записывается в триггер. При подаче следующего импульса этот бит записывается в следующий триггер. При этом в первый триггер записывается следующий бит информации и т. д.
Другими словами, при воздействии тактовых импульсов информация продвигается по регистру от первого триггера к последнему. При заполнении всех триггеров число в параллельном коде можно вывести с выходов Q0-Q2. При этом первый бит информации будет присутствовать на выходе Q2, второй - на выходе Q1 и т. п.
Схемы на рисунках 1 и 2 можно объединить. Если между входами и выходами триггеров поставить схемы электронных переключателей, то при воздействии управляющего сигнала регистр можно переводить из последовательного в параллельный и наоборот.
Показанный на рисунке регистр сдвигает информацию только в одну сторону. Такие регистры называют регистром со сдвигом вправо или регистр со сдвигом влево (смотря, куда сдвигает). Существуют регистры, сдвигающие информацию в обе стороны. Направление сдвига определяется управляющим сигналом, подаваемым на специальный вход (подобно реверсивным счетчикам.)
Регистр последовательных приближений
Обычно такие регистры используют в аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Схема такого регистра довольно сложна, поэтому на рисунке обобщенно показан вариант регистра последовательных приближений как микросхемы.
Рис. 3 - Регистр последовательных приближений
RG обозначает, что это регистр. На вход D поступает информация с устройства сравнения. Запись информации производится за два такта на каждый разряд регистра. Вход С - ввод этих самых тактов.
Например, на вход D подается уровень лог. 1 и при воздействии тактового импульса в разряд, скажем, Q11 записывается эта единица. Во втором такте этот бит либо подтверждается, либо отменяется, в зависимости от состояния входа D. После этого в третий такт уровень лог. 1, если он, конечно, есть на входе D, записывается в следующий разряд - Q10, а во втором такте также, либо подтверждается, либо отменяется и так далее.
После 24 тактов на выходе регистра, а именно на выходах Q0-Q11, записанное число оказывается цифровым эквивалентом аналоговой величины, воздействующей на входе устройства сравнения. Вход Е служит для разрешения работы регистра, вход S - вход стартового запуска (обычно эти сигналы инверсные), выход D0 - выход последовательного кода, С0 - выход конца преобразования.
Помимо рассмотренных регистров существуют так называемые многоцелевые регистры или сверхоперативные запоминающие устройства. Это устройства, содержащие в себе несколько параллельных регистров и две выходные шины. Информацию из любого регистра можно вывести на одну шину, из другого регистра - на другую. При этом в любой регистр можно одновременно вести запись.