5.4. Регістри.

Регістром називається функціональний послідовнісний пристрій, що призначений для приймання, запам’ятовування, перетворення і передачі двійкової інформації (слів). Регістри можуть використовуватися також для виконання деяких логічних перетворень. У загальному випадку регістр – це блок тригерів і ЛЕ одного типу, що певним чином з’єднані між собою. Введення (запис) інформації у регістр і зняття (зчитування) інформації з нього залежать від способу і характеристик цих з’єднань. Тому можливих способів приймання і передачи слів може бути чотири:

- з послідовним входом (записом) і виходом (зчитуванням) – регістр типу ( – від англ. Serial);

- з послідовним входом (записом) і паралельним виходом (зчитуванням)– регістр типу ( – від англ. Parallel);

- з паралельним входом (записом) і послідовним виходом (зчитуванням)– регістр типу ;

- з паралельними входом (записом) і виходом (зчитуванням) – регістр типу .

Регістр типу призначений для послідовного (почергового) біт за бітом виконання операцій запису і зчитування n-розрядного слова. Такий регістр ще називають регістром зсуву. Регістр типу завантажується (тобто здійснює запис слова) послідовно біт за бітом, а видає записану інформацію одночасно з усіх своїх розрядів за один такт синхросигналу. Приймання інформації у регістрі типу здійснюється одночасно по всіх розрядах слова за один такт керування, а зчитування – послідовно. Найбільш швидкодіючий, очевидно, є регістр , бо і запис, і зчитування слова у нього відбуваються одночасно і незалежно. Такий регістр називають регістром пам'яті. Розрядність будь-якого регістра визначається числом тригерів, кожний з яких як двостановий запам’ятовувач одного розряду слова відповідає за введення, збереження і виведення 1біт інформації. Регістри можуть відрізнятись між собою за кількістю тактів керування, що необхідні для виконання конкретних операцій. Тому за способом тактування розрізняють одно-, дво- або багатотактні регістри. Для керування однотактним регістром досить однієї послідовності синхросигналів, багатотактним – кількох. Такі операції, як встановлення регістра у початковий стан, приймання інформації з одного пристрою і передача її в інший пристрій, зсув слова вліво або вправо, реалізуються за допомогою комбінаційної схеми регістра.

Регістри належать до найбільш поширених функціональних вузлів. Крім зберігання інформації, її зсуву та зчитування, які необхідні для виконання різних арифметичних та логічних операцій над двійковими числами (словами), за допомогою регістрів можна також перетворювати інформацію з одного виду в інший, наприклад, послідовного коду у паралельний або навпаки тощо.

Регістри пам’яті. Це накопичувальні регістри–пристрої з паралельним записом та зчитуванням слова (типу). Їх основне призначення–зберігання двійкової інформації невеликого об’єму (не більше 2байт), що подане у паралельному коді. Регістри пам’яті можуть бути синхронізовані рівнем (дозволомабо) або фронтом (чи зрізом) синхросигналу залежно від типу застосованих тригерів. На рис.5.11показана схемаn-розрядного регістра пам’яті, що побудований на синхронних D-тригерах та кон’юнкторах на ЛЕ, що виконують функцію збігу. Інформація у вигляді паралельного коду двійкових чисел заноситься по вхідній шині і записується у регістрі тільки при наявності дозволяючого рівня. Зчитування інформації з регістра можливе тільки при наявності на входах схем збігу дозволяючих рівнів, тобто при(або).

Регістри зсуву. Це регістри послідовної дії, що призначені для виконання операції зсуву двійкової інформації, яка подається у послідовному коді розряд за розрядом. Зсув або переміщення всіх цифр слова може здійснюватись за допомогою регістрів зсуву в напрямі від старших до молодших розрядів (зсув вправо) або від молодших до старших (зсув вліво). В обчислювальній техніці регістри зсуву двійкових чисел застосовують для виконання операцій множення та ділення (для виконання множення код зсувають вліво на один розряд, для ділення – вправо). Операції зсуву на один розряд потрібні лише для позиційної системи числення, при якій вага кожного розряду визначається його позицією в коді.

Рис. 5.11. Регістр типу PIPO.

На основі синхронних RS-, D- і JK-тригерів можна будувати різні структури регістрів зсуву. На рис.5.12,а побудований регістр зсуву типуна базі чотирьох двоступеневих синхронних D-тригерів. Він має один інформаційний вхід(–з англ. Data Serial–послідовний вхід) на який інформація надходить у вигляді послідовного коду, і керуючий вхід, на який подаються тактові (синхронізуючі) імпульси.

а) б)

Рис. 5.12. Регістр зсуву.

D-тригер 1 відповідає за молодший розряд (MP), а D-тригер 4 за старший розряд (СР) чотирирозрядного числа, яке потрібно записати у даний регістр зсуву. Тоді з надходженням тактових імпульсів одночасно на динамічні входи СD-тригерів, для яких активним сигналом є зріз тактових імпульсів, вихід кожного тригера набуватиме стану попереднього. Таким чином, одиниця, що надійшла на інформаційний вхід регістра, зсунеться (на рис.5.12,б вправо) з молодшого розряду до старшого синхронно з періодом надходження тактових імпульсів. Такий регістр належить до регістрів зсуву вліво.

Слід зазначити, що правильність запису інформації у регістр зсуву (вправо чи вліво) залежить і від того, як на його вхід надходять біти послідовного двійкового коду (починаючи з молодшого чи старшого розряду). У розглянутому на рис.5.12,a регістрі зсуву вліво послідовний код надходить на вхідпочинаючи зі старшого біта. Для запису чотирирозрядного числа (так само, як і для зчитування) у даний тригер потрібно чотири такти синхроімпульсів.

Двонапрямлені (або реверсивні) регістри зсуву здатні зсувати записану інформацію і вправо, і вліво, тобто завантажене у регістрі слово можна зсувати по лінійці тригерів як вправо, так і вліво. Напрям зсуву визначається рівнем керуючого сигналу (1 або 0).

У схемотехніці ТТЛ середнього ступеня інтеграції є мікросхема універсального чотирирозрядного регістра зсуву КІ55ИР1, що має один послідовний (ДО) та чотири паралельних() інформаційні входи (–з англ. Parallel Load–паралельне завантаження). Умовне позначення регістра зсуву КІ55ИР1 показано на рис.5.13. Регістр виконаний на чотирьох RS-тригерах, має два тактових входиі, чотири виходиі керуючий вхід, що визначає режим роботи регістра (зсув вправо чи вліво). Можливі чотири режими роботи універсального регістра зсуву К155ИР1 зведені у табл.12.

.Рис.5.13. Універсальний регістр.

Таблиця 12.

Режим роботи	Стан входів
	D0	D1 – D4	V	С1	С2
Зсув вправо Зсув вліво Паралельний вхід Зберігання при зсуві вліво	DS DS ~ ~	~ ~ PL ~	0 1 1 0	1→0 ~ ~ 1	~ 1→0 1→0 ~

Вибір режиму роботи регістра визначається логічним рівнем на вході (0 або 1). У табл.12 прийняті такі позначення: ~ – невизначений стан (0 або 1), 1→0– перехід від одиниці до нуля, тобто входи і стають активними під час зрізу тактових імпульсів, що подаються на ці входи. Застосування регістрів зсуву дуже різноманітні. На їх базі можна будувати як відомі функціональні вузли, так і спеціальні послідовнісні пристрої цифрової техніки. Зокрема, зсув інформації на один розряд вправо або вліво відповідає арифметичній операції ділення або множення на два. Регістр зсуву може виконувати функцію лічильника, якщо на його послідовний вхід подавати одиницю. У системах радіозв’язку та радіолокації регістри зсуву застосовують для побудови радіозаслонів, двійкових кореляторів та різних пристроїв складної обробки радіосигналів. На регістрах зсуву з великим числом розрядів можна побудувати запам’ятовувальний пристрій, якщо тактові імпульси неперервно подавати від синхрогенератора, а вихід регістра замкнути у кільце на його послідовний вхід. У результаті одноразово записаний у регістр код буде нескінченно довго циркулювати у цьому кільці. На базі регістрів зсуву можна також побудувати цифрові лінії затримки.

Розрядність регістра зсуву можна збільшити під’єднанням додаткових тригерів. Так побудовані восьмирозрядні регістри зсуву з великими функціональними можливостями (КРІ34ИР8, К53ІИР24, КІ55ИРІЗ, К555ИРВ, К555ИР9, 56ІИР6, 564ИР6), а також вісімнадцятирозрядні регістри зсуву типу 564ИР1 та К176ИР10, що складаються з чотирьох окремих секцій, які зв’язані загальною шиною синхронізації.