3.4. Регистры и регистровые файлы.

3.4.1 Общие сведения, назначение и классификация.

Регистры - цифровые устройства функционального назначения, предназначенные для записи, хранения, преобразования и считывания информации, представленной двоичными кодами.

Регистры – самые распространенные узлы цифровой обработки информации, оперирующие с множеством переменных, составляющих двоичное слово. Над словами выполняются следующие операции: прием, выдача, хранение, сдвиг в разрядной сетке, поразрядные логические операции. Основу регистров составляют триггеры, в которых хранится один бит информации.

Классификация регистров производится по нескольким признакам. Основным из них является способ приема и выдачи информации. По этому признаку различаются регистры:

• параллельные (или регистры памяти),

• последовательные (сдвигающие),

• параллельно-последовательные.

В параллельных регистрах прием и выдача информации производится одновременно по всем разрядам. В них хранится информация, которая может быть преобразована поразрядно.

В последовательных регистрах запись и считывание двоичной информации производится поразрядно, разряд за разрядом. Последовательные (сдвигающие) регистры, в свою очередь, подразделяются на: односторонние и реверсивные. В односторонних регистрах сдвиг информации под воздействием тактирующих импульсов производится либо вправо, либо влево; в реверсивных регистрах сдвиг информации производится в обоих направлениях.

В параллельных (статических или накопитель-ных) регистрах памяти обмен информации между разрядами не производится. Общими для всех разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса и установки, разрешения выхода и приема, т.е. цепи управления. Пример статического регистра, построенного на D- триггерах с прямыми динамическими входами, входами сброса и выходами на три состояния и его условное графическое обозначение, приведены на рис. 3. 19. Для современной микроэлектроники характерно широкое использование в регистрах D-триггеров. Многие из них имеют выходные буферы на три состояния, некоторые регистры рассчитаны на работу с большими емкостными и низкими активными нагрузками, что обеспечивает их работу непосредственно на магистраль без дополнительных схем интерфейса.

Последовательно-параллельные регистры имеют входы-выходы одновременно последовательного и параллельного типа. Различают регистры с последовательным входом и параллельным выходом (SIPO, Serial Input – Parallel Output), параллельным входом и последовательным выходом (PISO), а также варианты с возможностью сочетания способов приема и выдачи информации.

3.4.2 Регистровые файлы

Из статических триггеров формируются блоки регистровых запоминающих устройств – регистровые файлы.

Например, микросхема КР1533ИР26 представляет собой регистровый файл на четыре четырехразрядных слова. Обеспечено раздельное декодирование и адресация четырех слов как для записи, так и для считывания информации, что позволяет записывать данные по одному адресу, а считывать - по другому. Микросхема имеет четыре информационных входа D0 - D3, используемые для записи четырехразрядных слов. Адрес разряда регистрового файла определяется адресными входами SEAWR1, SEAWR2 совместно с низким уровнем напряжения на входе EWR.

Чтение информации, хранящейся в регистрах, происходит при наличии низкого уровня напряжения на входе ERD, адрес чтения задается входами SEARD1, SEARD2. При высоком уровне напряжения на входе EWR в регистровом файле сохраняется предыдущая информация, а при высоком уровне напряжения на входе ERD выходы микросхемы переводятся в третье состояние.

Таблица назначения выводов

Номер вывода	Обозначение	Назначение
1	2	3
01	D1	Вход информационный
02	D2	Вход информационный
03	D3	Вход информационный
04	SEARD1	Вход выбора адреса считывания
05	SEARD2	Вход выбора адреса считывания
06	Q3	Выход информационный
07	Q2	Выход информационный
Продолжение таблицы назначения выводов
1	2	3
08	OV	Общий вывод
09	Q1	Выход информационный
10	Q0	Выход информационный
11	ERD	Вход разрешения считывания
12	EWR	Вход разрешения записи
13	SEAWR1	Выход выбора адреса записи
14	SEAWR2	Выход выбора адреса записи
15	DO	Вход информационный
16	U	Вывод питания от источника напряжения

Условное графическое обозначение

15 D0

01 D1 RG Z

02 D2

03 D3 Q0 10

13 SEAWR1 Q1 09

14 SEAWR2 Q2 07

12 EWR Q3 06

04 SEARD1

05 SEARD2

11 ERD

Таблица истинности в режиме записи

			НОМЕР СЛОВА
SEAWR1	SEAWR2	EWR	W1	W2	W3	W4
0	0	0	Q=D	Qn	Qn	Qn
0	1	0	Qn	Q=D	Qn	Qn
1	0	0	Qn	Qn	Q=D	Qn
1	1	0	Qn	Qn	Qn	Q=D
X	X	1	Qn	Qn	Qn	Qn

Таблица истинности в режиме считывания

			НОМЕР СЛОВА
SEARD1	SEARD2	ERD	Q0	Q1	Q2	Q3
0	0	0	W0B1	W0B2	W0B3	W0B4
0	1	0	W1B1	W1B2	W1B3	W1B4
1	0	0	W2B1	W2B2	W2B3	W2B4
1	1	0	W3B1	W3B2	W3B3	W3B4
X	X	1	Z	Z	Z	Z

Размерность регистровой памяти можно наращивать, составляя из нескольких ИМС блоки памяти. При наращивании числа хранимых слов выходы отдельных ИМС с тремя состояниями можно соединять в одной точке. Допускается соединять непосредственно до 128 выходов, что дает возможность хранить 512 слов, т.е. информационная емкость составит 2К. При наращивании разрядности хранимых слов параллельно соединяют входы разрешения и адресации нескольких ИМС, выходы которых в совокупности образуют единое информационное слово.