Регистры

Регистром называется цифровой узел, предназначенный для записи и хранения кода. Помимо хранения некоторые виды регистров могут преобразовывать информацию, например, из последовательной во времени формы представления в параллельную, сдвигать записанную информацию на один или несколько разрядов в сторону младшего или старшего разряда, инвертировать код. В соответствии с назначением различают регистры хранения и регистры сдвига. По принципу хранения информации регистры делят на статические и динамические. Статические регистры построены на триггерах и могут хранить записанную информацию сколь угодно долго (при наличии напряжения питания). В динамических регистрах функции элемента памяти выполняют МДП конденсаторы. Подобный элемент памяти может хранить информацию лишь в течении некоторого интервала времени. Поэтому в динамических регистрах записанная информация находится в постоянном движении.

Важнейшими характеристиками регистров является разрядность и быстродействие. Разрядность регистра зависит от количества разрядов в записываемом числе. Быстродействие характеризуется максимальной тактовой частотой, с которой может производится запись, чтение и сдвиг информации.

О

14

снову регистров хранения составляют одноступенчатые D - или RS -триггеры. В этом качестве могут применятся и JK - триггеры, но их возможности больше, чем требуется для регистра хранения. Вариант четырехразрядного регистра хранения приведен на рисунке. Здесь использована ИС К155ТМ8, которая содержит четыре D - триггера с объединенными входами установки нуля и синхронизации. Числа в триггеры регистра записывают по входам D при разрешающем сигнале С=1. После смены сигнала на входе С на 0 триггеры переходят в режим хранения. В это время ко входам D можно подвести следующее число, которое при появлении сигнала С=1 запишется в регистр, заменив в его триггерах предыдущую информацию. Для обнуления регистра (сброса информации) ко входу R подводят отрицательный импульс на время, достаточное для перевода всех триггеров в нулевое состояние. Обычно это время указывают в справочниках. Пока регистр выполняет свои функции, на установочном входе поддерживается напряжение высокого уровня.

Достаточно широкой номенклатурой представлены в сериях ИС регистры хранения, выполненные по различным вариантам и отличающиеся функциональными возможностями, характеристиками, режимами управления. Многие регистры имеют выходы на три состояния и соответствующее управление ими, специальные входы для сигналов управлением режимом записи, причем нередко управляющие сигналы объеденены логическим оператором.

15

Например, четырехразрядные регистры К155ИР15, К555ИР15 помимо информационных входов и выходов, входов синхронизации и установки имеют две пары дизъюнктивно связанных управляющих входов: Vi, V₂ - для установки выходов регистра в третье состояние при напряжении высокого уровня на одном из них; уз, Уд - для разрешения записи числа в регистр при напряжении низкого уровня на обоих входах. Ряд серий содержит многорегистровые ИС. Для примера приведем микросхему с четыремя четырехразрядными регистрами К555ИР26. Эта ИС имеет по четыре информационных входа и выхода, две пары адресных входов для раздельной выборки регистров при записи В31, В32 и при чтении ВЧ1, ВЧ2, два управляющих входа, сигналы на которых разрешают запись и считывание. Указанное разделение адресных и управляющих сигналов позволяет одновременно записывать и считывать информацию. Выборку регистров производят адресными кодами, подаваемыми на входы В32, В31 и ВЧ2, ВЧ1; кодом 00 выбирается регистр 1, 01 - регистр 2, 10 -регистр 3, 11 - регистр 4. Например, чтобы записать число в регистр 2 и одновременно считать число из регистра 4, необходимо записываемое число подвести ко входам D₃ - D₀, на адресных и управляющих входах установить уровни: В32⁼⁼0, B3i=l, ВЧ₂=1, B4i=l, C₃=C_C2=0. При отсутствии разрешающего считывания уровня 0 на входе С_С2, т.е. при С_С2=1, выходы ИС принимают третье состояние.

Другим примером использования принципа адресации в регистре является ИС К555ИРЗО. Своеобразие ИС заключается в том, что она позволяет адресовать каждый из восьми триггеров, которые входят в ее структуру. Для адресного кода предусмотрены три входа А₂, А_ь А₀. Информация ( 0 или 1 ) поступает на вход D, записывается в адресуемый триггер при Е=0 и через 20-30 не появляется на выходе.

Р

16

егистры сдвига представляют собой ряд последовательно соединенных триггеров двухступенчатой структуры. Число триггеров определяет разрядность записываемого кода. По направлению сдвига записанной в регистр информации различают регистры прямого сдвига, т.е. влево, в сторону старшего разряда, и реверсивные регистры, допускающие сдвиг в обоих направлениях.

Микросхемы регистров отличаются не только направлением сдвига, но и числом разрядов, способом записи и считывания информации, быстродействием, энергопотреблением и другими показателями. Регистры сдвига в большинстве своем построены на триггерах двухступенчатой структуры. Один такой триггер составляет разряд регистра. Двухступенчатость структуры разряда необходима для обеспечения развязки цепей информации в разряд и ее считывания, поскольку эти два процесса происходят одновременно. Для построения регистра можно использовать и одноступенчатые триггеры. Но в таком случае в каждом разряде нужны два триггера. Причем управлять ими необходимо двумя последовательностями тактовых импульсов, сдвинутых по времени друг относительно друга так, чтобы было обеспечено поразрядное продвижение информации от входа регистра к его выходу.

П

17

о способу записи информации в регистр и считывания ее с выходов регистра возможны следующие варианты реализации: запись по одному или по всем входам одновременно; считывание по одному или по всем выходам одновременно. Например, регистр К555ИР8 имеет один вход и восемь выходов и, следовательно, относится к регистрам с последовательной системой записи и параллельной системой считывания информации. Другой регистр К555ИР9 имеет восемь входов и один выход и поэтому относится к регистрам параллельно-последовательного типа. Примером регистра с параллельной системой записи и считывания служит регистр К155ИР13, у которого восемь входов и восемь выходов по числу разрядов в регистре.

На рисунке приведена типовая схема регистра сдвига последовательно-параллельного типа. Регистр представляет собой последовательную цепь двух-

ступенчатых D-тригтеров. Тактовые импульсы (импульсы сдвига) поступают на все триггеры одновременно. Информационным входом регистра является вход триггера старшего разряда. Число выходов равно числу разрядов.

Записываемая информация должна быть представлена последовательным во времени кодом. Код записывается поразрядно со стороны старшего разряда путем продвижения кодовой комбинации с каждым тактовым импульсом от разряда к разряду. Следовательно, для записи четырехразрядного кода необходимы четыре тактовых импульса. Направления сдвига указано на условном графическом изображении ИС регистра стрелкой.

18