12. Регистры и счетчики

(подлежит последующей модификации)

Основными “строительными элементами” ЭВМ, реализующими функцию хранения данных, а также некоторые их преобразования, являются регистры. Кроме них функцию хранения реализуют также особые узлы – счетчики, которые выполняют еще некоторые преобразования данных, связанные с последовательным счетом.

Регистры строятся на основе триггеров и обычно представляют собой набор триггеров, количество которых равно разрядности регистра, объединенных общими шинами управления. Свойства регистра могут зависеть от типа использованных в нем триггеров. Представление регистра на уровне триггеров, показано на рис. 12,а, а возможный вариант обозначения регистра на функциональной схеме – на рис.12,б. На этом рисунке у регистра показан вход сброса (R), и разрешения приема (C), а обозначения DI и DO означают входы и выходы соответственно (Data Input и Data Output).

Рис.12. Схема регистра на уровне триггеров (а) и вариант обозначения регистра на функциональных схемах (б)

На структурных схемах регистры часто обозначаются простыми прямоугольниками, в которых могут проставляться номера разрядов (крайних, а также любых других, которые требуется выделить), как показано на рис. 13.

Рис.13. Обозначение регистров на структурных схемах: прием информации в регистр (а), передача информации между регистрами (б)

Помимо реализации функции хранения информации, некоторые регистры могут выполнять и преобразования хранимых в них данных. Чаще всего – это сдвиги, хотя могут быть и преобразования кодов, например, инвертирование.

Для реализации сдвигов между разрядами регистра должны быть установлены информационные связи (подобные цепи последовательного переноса в сумматоре). Однако, передача по таким связям накладывает особенности на организацию триггеров регистра, поскольку в момент сдвига информация из одного триггера не только передается в соседний в направлении сдвига разряд, но и заносится в этот триггер из другого соседнего (в обратном сдвигу направлении) разряда. Для выполнения таких действий приходится использовать специальные триггеры, являющиеся, по сути, состоящими из двух триггеров, образующих два яруса, в первый из которых информация заносится, а из другого – выдается. Причем в этот момент связь между первым и вторым триггерами блокирована, а по окончании передачи новая информация из первого триггера переписывается во второй. (В дисциплине “Схемотехника” будут изучаться такого рода решения).

Для реализации некоторых преобразований можно использовать свойства триггеров, образующих регистр. Например, инвертирование хранимых данных можно осуществить при наличии у триггеров регистра T-входов; выполнить операцию дизъюнкции можно занося в регистр новое слово, не очистив старое, и т.д.

Другим типом узлов, осуществляющих не только хранение информации, но и ее преобразование являются счетчики. Они также как и регистры могут строиться на триггерах (бывают и комбинационные счетчики на полусумматорах или сумматорах). Обычно – это триггеры со счетными (T) входами, между которыми устанавливаются связи, аналогичные связям переносов сумматоров. Счетчики могут быть суммирующими, вычитающими, двоичными, десятичными, а также иметь специальные сигнальные выходы, указывающие на достижение счетчиком определенного состояния, например, нулевого содержимого. Обозначения счетчиков аналогично обозначениям остальных узлов.