Регістри (послідовні, паралельні, універсальні). Їх використання в якості запам’ятовуючих пристроїв та перетворювачів інформації.

Регістром (від англ. register – журнал запису) називається операційний вузол, що служать для запам’ятовування слів і забезпечує в загальному випадку виконання наступних мікрооперацій:

• встановлення регістра в нуль (скид, гасіння);

• прийом слова з іншого регістру, суматора, лічильника і т. д.

• передача слова на інший регістор, суматор, дічильник і т. д.

• перетворення кодів сбережуваних слів в інверсні коди;

• зсув слова вліво або вправо на потрібне число розрядів;

• перетворення послідовного кода в паралельний і навпаки;

• порозрядні операції кон’юнкції, диз’юнкції й додавання за mod 2.

Схеми конкретних регістрів в конкретних випадках можуть реалізувати лиш деякі з перерахованих мікрооперацій.

Звичайно регістри будують з тригерів, які й реалізують мікро- операцію запам’ятовування слів. Останні ж мікрооперації виконуються за рахунок під’єднання до входів і виходів тригерів ЛЕ, а також за рахунок організації відповідних зв’язків між ними.

Будемо називати паралельним регістром такий регістр, який реалізує всі перераховані операції від n-розрядними словами, за винятком зсуву і переобразування послідовного кода в паралельний і навпаки. Якщо в паралельному послідовному регістрі на вхід кожного розряда інформація надходить по двох каналах у парафазному коді (парафазний код відповідає просторовому принципу представлення літер двохзначного структурного алфавіту), то такий регістр називають парафазним . Парафазні регістри складені, як правило, на тригерах з роздільними входами, однофазні – на тригерах з одним входом. Розрізняють також одноконтактні й багатоконтактні регістри. В одноконтактних регістрах запис інформації проходить парафазним кодом без попередньої установки тригерів в “0”, причому самі тригери виконують за схемою із внутрішньою затримкою. В багатоконтактних регистрах, реалізованих на основі тактованих тригерів, мікрооперації виконуються при надходженні двох або більше тактових сигналів.

Схема паралельного однофазного регістра, виконуючого перші дві мікрооперації із наведеного вище списка, подана на рис. 35а. На нульові входи всіх тригерів подається сигнал установки нульового стану (сигнал зсуву) П₀. Після надходження цього сигналу всі тригери регістра будуть знаходитися в нульовому стані до моменту появи на вхідних шинах записуваного слова й сигнала прийому слова П_І. В тих розрядах, де х_і=1, відбудеться установа тригерів в єдиний стан. Там, де х_і= 0 стан тригерів не зміниться. Видача інформації з регістра може виконуватися в прямому, інверсному й парафазному кодах.

Рис. 55. Регістри та їх позначення

Схема видачі інформації в прямому і інверсійних кодах показана на рис. 35,б. Тут В₁ – сигнал видачи прямого кода, В₂ – сигнал видачи інверсного кода. Очевидно, що одночасно поява сигналів В₁ і В₂ має бути заборонена, тобто повинна виконуватися умова B₁B₂ = 0.

Схема регістра з видачою парафазного коду подана на рис. 35, в.

Схема прийому інформації на регістр без попередньої установки його на нуль подана на мал. 35,г умовне позначення такого регістру на функціональних схемах подано на рис. 35, д. Тут С-вхід синхронізуючого імпульсу. Використання парафазного коду забезпечує установку тригерів в потрібний стан незалежно від тої інформації, яка була на них записана раніше.

Зсувним регістром називають такий регістр, який виконує операцію зсуву, а також мікро операції прийому і видачі слів. Коли дві останні мікро операції реалізуються тільки в крайніх розряда регістра (1- му чи n-му), то зсувний регістр називають послідовним регістром. При зсуві в регістрі розряди слова, вийшовши за межі розрядной сітки регістра, губляться, а вільні розряди заповняються нулями. Число тригерів, як правило, визначається розрядом записуючого слова. За напрямком зсуву інформації розрізняють регістри прямого зсуву (вправо, тобто в бік молодшого розряду), зворотнього зсуву (вліво, тобто в бік старшого розряду) і реверсивні, що допускають зсув у обох напрямках.

Найбільш широко розповсюдженні регістри зсуву на D- тригерах з статичним (рис. 36) чи з динамічним управлінням, такі регістри мають один інформаційний вхід, вхід для тактових імпульсів (імпульс зсуву) і встановлюючий вхід. Виходи в регістрі можуть бути з кожного розряду для зчитування інформації одночасно зі всіх розрядів, тобто паралельним кодом. Також може бути один вихід з послідовного відносного входу розряду для зчитування інформації послідовно з часом, тобто послідовним кодом.

Рис. 56. Регістр зсуву на D-тригерах

Вхід регістра для імпульсів зсуву виходить обєднання С-входів всіх тригерів, а встановлююючий вхід – R-входів.

Перед записом інформації регістр ставиться в нульове положення (стан) подачею позитивного імпульсу по шині „Уст.0”. Записана інформація повинна бути представлена послідовним кодом. Запис здійснюється порозрядно з боку старшого чи молодшого розряду (напрям зсуву вказується стрілкою на умовному позначенні регістра) шляхом продовження кодової комбінації з кожним тактовим імпульсом від розряду до заряду. Послідовно, для запису N-розрядного слова необхідним N-імпульсів зсуву.

Зчитування інформації послідовним кодом здійснюється як і запис, порозрядним зсувом записаної кодової комбінації до виходу з кожним тактовим імпульсом. Отже, для зчитування N-розрядного слова необхідні N імпульсів здвигу.

Зчитування інформації паралельним кодом проходить в паузі між останнім імпульсом зсуву одного циклу запису і першим імпульсом другого цикла запису, тобто в інтегралі часу, коли на С-входах тригерів нульовий рівень і вони знаходяться в режимі зберігання.

Таким образом, за допомогою регістра здвигу можна здійснювати перетворення інформації із послідовної форми представлення інформації в паралельну. Очевидно, якщо передбачений запис інформації паралельним кодом, то можна перетворитит інформацію із паралельної форми представлення в послідовну.

Регістри зсуву можуть бути і побудовані й на тригерах одноступеневої структури. У цьому випадку в кожному розряді регістра потрібно використати два RS-тригера, які керуються двома зсунутими у часі тактовими імпульсами. Наявності двох тригерів в одному розряді дозволяє порозрядно просовувати інформацію в одному регістра від входу до виходу. Якщо б в регістрі були використані одноступеневі тригери по одному на розряд, то правило роботи регістра здвигу було б порушено: при першому ж імпульсі зсуву інформації, записавшись в першому розряді інформація перейшла б в другий, потім в третій і т. д.

Реверсивні регістри зсуву поєднують в собі властивості регістрів прямого і зворотнього зсуву. Будуються вони за тими ж схематичними принципами, що і розглядувані регістри, но із використанням допоміжних ЛЕ в міжрядних зв’язках. Вказана особливість реверсивного регістра подана на прикладі і-того розряду (рис. 37), складеного із D-тригера з динамічним керуванням і логічною схеми, на вході якої подані: Q_i-1 – сигнал з виходу молодшого розряду, Q_i+1 – сигнал з виходу старшого розряду, V-сигнал, керуючого напрямку зсуву: V=1 – вправо, V=0 – вліво.

Рис. 57. Реверсивні регістри зсуву

В мікросхемному виконанні випускається велика номенклатура регістрів різноманітного назначення. На рис. 38 поданий приклад багатофункціонального регістра на вісім розрядів КІ55ИР13. Регістр може робити в слідуючи режимах: паралельний запис коду-код надходить на входи D0...D7, входи S₁,S₀ в положеннs „1”, входи RD, DL, R в положенні „0”, при цьому на виходах 0...7 з’являється вхідний код, якщо на вхід C подати позитивний перепад напруги; послідовний запис коду здійснюється по входу DR, коли необхідно зсувати інформацію в напрямку від виходу 0 до виходу 7 (зсув вправо) чи по входу DL, коли необхідно зсунути інформацію від виходу 7 до виходу 0 (зсув вліво). Зсув на один розряд відбувається за кожном тактовим імпульсом, що надходить на вхід С. При зсуві вправо S0=1, S1=0, R=1, DL=0, при зсуві вліво S0=0, S1=1, R=1, DL=0. Крім цих режимів є ще режим збереження інформації (S0, S1=0, R=1) і режим скидання (S0, S1, R=1). До багатофункціональних відносяться чотирирозрядні регістри КІ55ИРІ, КІ55ИР15, К555ИР16 (ТТЛ), 564ИР2, 564ИР9 (МОН). Існують регістри тільки з послідовним вводом інформацію на більше число розрядів, що слугують пристроями цифрової затримки.

Рис. 58. Схематичні позначення регістрів

Так, регістр КІ76ИР4 – 64-розрядний, а мікросхема 505ИР6 содержит 4 – регістра по 256 розрядів.

Для спряження з пристроями ЦОТ розробленні оборотні регістри, в яких входи і виходи паралельної інформації можуть мінятися місцями. Прикладом може служити регістр 564ИР6 (рис. 38б). Якщо А/В=1, то А1...А8 являються входами, а В1...В8 – виходами регістра А/В=0 – то навпаки. Функції цього регістра також універсальні: при P/S=1 виконується паралельний запис інформації при P/S=0 - послідовна запис по входу С₁; коли A/S=0, то запис виконуеться синхронно подачою позитивного перепаду по входу С, якщо коли A/S=1 то запис – асинхронний, те, що подається на входи регістра, записується без тактовного імпульсу. Нарешті, вхід А/Е керує входами А; якщо А/Е=0, то входи А від’єднуються від регістра.

Багатофункціональні регістри за своїми властивостями наближаються до оперативно запам’ятовуючих пристроїв (ОЗП), в них запам’ятовуються не одне слово, як в інших регістрах, а декілька. Прикладом може бути регістр 564ИР12 з об’ємом пам’яті 4*4 біт ( тобто 4 чотирирозрядних слова) (рис. 38в). Але у відмінності від ОЗП в цьому регістрі може здійснюватись зчитування одночасно двох слів: перше задається адресою R₀ A, R₁A і надходить на виходи А, друге задається адресом R₀B, R₁B і надходить на виходи В, тому іноді такі регістри називають надоперативними запомятовуючими пристроями (НОЗП). Запис в регістр проходить при наявності дозволяючого потенціалу на вході WR за адресою Е₀, Е₁ і при подачі тактового імпульсу на вхід С. Існує також можливість від’єднати виходи А (по входу REA) чи виходи В (по входу REB). До цього класу регістрів відносяться МОН-серіях 564ИР11, в ТТЛ-серіях К155РП1, К155РП3.

До особливого типу відносяться регістри послідовних приближень, які звичайно використовуються в аналого-цифрових перетворювачах (АЦП). На вхід Д регістра (рис. 38г) надходить інформація з пристрою порівняння. Запис інформації виконується в два такта по входу С на кожний розряд регістра – в першому такті, наприклад, в розряд Q₁₁ записується „1”, в другому такті вона або підтверджується, або відміняється в залежності від потенціалу входу Д, після цього записується „1” в розряд Q₁₀ і т. д. В результаті записане після 24 тактів число на виходах Q₀ …Q₁₁ виявляється цифровим еквівалентом аналогової величини, що надходить на пристрій порівняння. Вхід Е дозволяє роботу регістра (Е=0), вхід S - вхід стартового запуску, вихід D0-вихід послідовного коду, вихід С0-імпульс кінця перетворення. В ТТЛ – серіях регістр послідовних приближень – К155ИР17, в МОН- серіях – 564ИР13.

***