1. РЕГИСТРЫ

Регистр - узел вычислительной машины, служащий для хранения машинных слов или его частей. Обычно регистр имеет дополнительные цепи, с помощью которых выполня­ются микрооперации «гашение» (Уст. «0»), «прием», «выда­ча», «преобразование» (из прямого кода в обратный и на­оборот). Основа регистра — упорядоченная последователь­ность элементов хранения. В качестве элементов хранения используются триггерные схемы различных типов ( RS,JK,D ) и их модификации.

Регистр хранения. На рис. 1.1 изображена схема реги­стра хранения n-разрядного слова. Регистр построен на синхронных RS-триггерах. В схеме регистра предусмотрены цепи, обеспечивающие выполнение дополнительных микро­операций. Объединение входов R каждого триггера общей шиной образует шину гашения (Уст. «0»). Для установле­ния регистра в состояние «0» необходимо подать одновре­менно сигналы, соответствующие «1», по шине Уст. «0» и шине С, объединяющей син­хронизирующие входы тригге­ров.

	Цепь параллельного прие­ма кода X1, ..., Xn Представлена конъюнкторами, выходы которых связаны с установоч­ными входами S-триггеров. Входы этих конъюнкторов объединены общей шиной приема П. Выполнение микро­операции «прием» заключается в следующем, принимае­мый код X1 ... Xп подается на входы конъюнкторов. До его подачи регистр устанавливается в
Рис.1.1 Схема регистра хранения	Рис.1.2 Схема парафазной передачи

состояние «0». Затем по­дается сигнал по шинам П и С. В разрядах, где , про­исходит установка триггеров в единичное состояние. В раз­рядах, где , состояние триггеров не изменяется. Микрооперация «выдача» реализуется с

помощью конъюнк­торов, на входы которых поступают сигналы с прямого вы­хода -триггеров. Вторые входы этих конъюнкторов объ­единены общей шиной - шиной выдачи В. Подавая сигнал по шине В, получаем на выходе конъюнкторов прямой код X1 ... Xп. Реализация микрооперации «преобразование» осуществляется аналогично реализации микрооперации «выдача». При выдаче сигнала по шине ПР, которая объ­единяет конъюнкторы, управляемые инверсными выходами - триггеров, на выходе конъюнкторов появляется обрат­ный код X1 ... Xп .

Широко используется в регистрах парафазный прием и выдача информации. Такое решение не требует предвари­тельной установки в «0» элемента хранения при выполне­нии приема. На схеме, показанной на рис. 1.2, отражен парафазный прием кода X1 и Xп на триггер . Для приема не­обходимо подать сигнал по шинам и П. Чтобы триггер в

данной схеме осуществлял хранение кода, достаточно исключить подачу сигнала по шине П.

Использование парафазной передачи позволяет совместить выдачу кода с од­ного регистра с приемом кода на другой регистр. Для этого осуществляется коммутация выхода триггера со вхо­дом S триггера , и выхода триггера , со входом R триггера . Для парафазией передачи кода с триггера на триггер достаточно подать сигнал по шине.

Регистр хранения и сдвига. Обычно регистр хранения дополняется схемами, выполняющими операцию сдвига, об­разуя регистры хранения и сдвига. На таких регистрах осуществляется сдвиг двоичных чисел, двоичных кодов (ко­дов команд, констант и т. д.). Сдвиг двоичных чисел выполняется в сторону старших и младших разрядов (соот­ветственно сдвиги влево и вправо). Аналогично осуществ­ляется и сдвиг двоичных кодов: влево от разряда со стар­шим номером в сторону разряда с меньшим номером, впра­во — наоборот. Сдвиги могут осуществляться на один или несколько разрядов одновременно. В любом из указанных случаев каждый запоминающий элемент регистра дол­жен: а) передать хранимую информацию на элемент или при сдвиге на один разряд одновременно ( или при сдвиге на разрядов одновременно); б) изменить свое состояние за счет приема информации от триггера или при сдвиге на один разряд одновременно ( или при сдвиге на разрядов одновременно).

Передача с триггера и изменение его состояния не могут происходить одновременно. Поэтому основная труд­ность реализации операции сдвига заключается в разделе­нии во времени выполнения указанных этапов в каждом разряде регистра.

В потенциальной системе интегральных элементов эта трудность исключается за счет использования синхронных двухступенчатых триггеров

(RS, JK-триггеров) или син­хронных триггеров с динамическим управлением записью (JK , D-триггеров). Внутренняя организация таких тригерных схем предусматривает разделение во времени эта­пов приема входной информации и смены выходной. В них по переднему фронту синхронизирующего сигнала проис­ходит прием информации, а по заднему — изменение со­стояния.

Рис. 1.3. Схема реги­стра сдвига	Рис. 1.4. Временная диаграмма работы регистра сдвига

Схема регистра сдвига вправо на один разряд (схема трех промежуточных разрядов регистра) показана на рис. 1.3. Регистр построен на синхронных двухступенчатых ТТ-триггерах с парафазными цепями выдачи и приема. Здесь в каждой паре разрядов осуществля­ется парафазная передача с выходов i-го разряда на входы (i+1)-го разря­да регистра. Сдвиг происходит подачей одного импульса на шину сдвига С, объединяющую синхронизирующие входы всех триггеров регистра.

На рис. 1.4 приведена временная диаграмма работы рассматриваемого регистра сдвига. Диаграмма построена при условии, что перед сдвигом на регистре зафиксирован код …101010… Исходное состояние трех промежуточных разрядов регистра соответствует коду ...101... После по­дачи сигнала по шине сдвига С через время, равное , устанавливается код 010 и т. д.

Любой регистр сдвига характеризуется временем сдви­га на один или несколько разрядов одновременно. Этот временной параметр равен отрезку времени от момента по­ступления импульса на шину С до момента

установления сдвинутого кода в регистре. Из временной диаграммы сле­дует, что. Минимально допустимая длитель­ность определяется динамическими параметрами ис­пользуемых элементов хранения.

Регистры сдвига, обеспечивающие сдвиг влево и вправо на разрядов, называют реверсивными. Регистры сдви­га могут иметь не одну цепь сдвига

(например, влево), а несколько цепей, каждая из которых обеспечивает сдвиг, например, на 1, 2, 4, 8 раз­рядов одновременно. Прин­ципы построения регистра и время сдвига при этом не изменяются, увеличивается лишь объем логического оборудования. Схемы регистров хране­ния и сдвига строятся на RS-, JK- и D-триггерах. На схему регистра оказывает влияние использование того или иного элемента хране­ния. Так, в регистрах, по­строенных на D-триггерах, используется не парафаз­ная передача, а однофазная. Регистры хранения и сдвига широко используются и для преобразования последовательного кода в параллельный в наоборот. Преобразование последователь-ного кода в па­раллельный, на регистре сдвига вправо, требует подачи

Рис. 1.5. Схема регистра сдвига на Л-триггерах (а) и временна» диаграмма его работы (б)

последовательного кода на вход первого разряда регистра (при регистре сдвига влево - на вход n-го разряда) и по­дачи сигналов по шине сдвига С. Временная диаграмма указанных сигналов применительно к регистру, изображен­ному на рис. 1.5.а, приведена на рис. 1.5.б.

Преобразование параллельного кода в последователь­ный на регистре сдвига влево или вправо потребует син­хронной подачи сигналов по шине сдвига С и сигналов вы­дачи кода с первого или последнего разряда регистра.