Регистры

Регистром (англ. Register) называется устройство, предназначенное для записи и временного хранения двоичного числа или другой кодовой комбинации.

Регистры строятся на базе синхронных D- или RS(JK) -триггеров. Их число определяет объем хранимой информации или разрядность регистра.

Занесение информации в регистр называется операцией ввода или записи, а выдача информации к внешним устройствам характеризует операцию вывода или считывания.

Классификация. По функциональным свойствам регистры подразделяются на регистры памяти (параллельные), регистры сдвига (последовательные) и универсальные.

В регистре памяти ввод и вывод информации производится в параллельном коде. В регистре сдвига ввод числа производится путем последовательной во времени подачи бит отдельных разрядов (обычно начиная с бита младшего разряда), т.е. в последовательном коде. Вывод же информации может производиться как в последовательном, так и в параллельном кодах. Универсальные регистры позволяют производить ввод и вывод информации и в параллельном и в последовательном кодах.

По способу управления регистры памяти подразделяются на регистры, срабатывающие по фронту управляющего сигнала (тактируемые) и регистры, срабатывающие по уровню управляющего сигнала (стробируемые).

По направлению сдвига информации регистры сдвига подразделяются на однонаправленные и реверсивные.

Реверсивные регистры позволяют сдвигать двоичный код в обоих направлениях.

По назначению и цели использования регистры подразделяются на адресные, арифметические и буферные.

Адресный регистр предназначен для хранения адреса; арифметический — для размещения операндов и результатов арифметических операций; буферный — используется для временного хранения (буферизации) данных с целью согласования скоростей работы устройств, участвующих в обмене данными, или согласования сопротивлений.

Регистр памяти. На рис. 11.38, а изображена схема четырехразрядного регистра памяти.

Регистр памяти (параллельный регистр) выполнен на четырех синхронных D-триггерах DD1...DD4, каждый из которых имеет информационный вход D, динамический вход синхронизации С (по фронту), асинхронный инверсный вход предварительной установки R и прямой выход Q.

Регистр памяти

Рис. 11.38. Регистр памяти:

а — схема; б — условное обозначение

Информация поступает одновременно на входы D0, Db D2, D3 регистра, а снимается с прямых его выходов Q0, Q1? Q2, Q3. С-входы всех триггеров объединены и представляют собой вход С синхронизации регистра. R-входы триггеров также объединены и представляют собой R-вход сброса регистра.

Сброс регистра производится сигналом лог.О на входе R, при этом его выходы устанавливаются в состояние Q0 = Qi = Q2 = Q3 = 0- Работа регистра происходит при сигнале лог.1 на R-входе.

В момент времени, соответствующий фронту сигнала на входе С, происходит запись информации с входов D0, Db D2, D3 регистра одновременно

(параллельно) во все триггеры. При этом каждый из выходов Q0, Qb Q2, Q3 регистра устанавливается в тот уровень, который был в этот момент на соответствующем входе D0, Db D2, D3, и сохраняется до прихода фронта следующего импульса на входе С. С приходом фронта очередного импульса на входе С информация, записанная в регистр, обновляется.

Таким образом, выходы регистра устанавливаются в состояния, определяемые поступающими на его входы цифрами разрядов числа. Память регистра сохраняется до момента выключения питания схемы.

На рис. 11.38, б изображено условное обозначение рассмотренного четырехразрядного регистра памяти.

Вверху основного поля приведено обозначение RG, указывающее на то, что это устройство — регистр. Регистр имеет четыре информационных входа D0, D1} D2, D3 и четыре выхода Q0, Qb Q2, Q3. На выходах регистра нет инверсий (кружочков), следовательно, его выходы — прямые. Буквы DI обозначают входные данные (data input), а буквы DO — выходные данные (data output).

Регистр также имеет один вход синхронизации С с динамическим управлением по фронту и асинхронный инверсный вход предварительной установки R с активным логическим уровнем лог.О.

Некоторые регистры памяти имеют дополнительные входы разрешения записи и разрешения чтения.

Существуют регистры памяти, срабатывающие по уровню синхронизирующего (стробирующего) сигнала, называемые регистрами- защелками.

В стандартные серии ИМС входят несколько типов регистров памяти, срабатывающих по фронту, например, восьмиразрядный регистр памяти К555ИР35 [8].

Регистр сдвига. Регистр сдвига (последовательный или сдвиговый регистр) представляет собой последовательно соединенную цепочку триггеров.

На рис. 11.39, а приведена схема четырехразрядного регистра сдвига.

Схема регистра сдвига содержит четыре синхронных D-триггера DD1...DD4, соединенные последовательно, т.е. прямой выход Q предыдущего триггера соединен с D-входом последующего. D-вход первого DD1 является информационным входом регистра, а прямые выходы Q3, Q2, Q1} Q0 соответственно триггеров DD1...DD4 являются его прямыми выходами.

Триггеры имеют входы синхронизации С с динамическим управлением по фронту и асинхронные инверсные входы предварительной установки R. Входы синхронизации С всех триггеров объединены и представляют собой вход С регистра. R-входы предварительной установки всех триггеров также объединены и представляют собой общий вход установки R регистра.

Регистр сдвига

Рис. 11.39. Регистр сдвига:

а — схема; б — условное обозначение; в — временные диаграммы работы

На рис. 11.39, в приведены временные диаграммы, поясняющие работу регистра сдвига.

Сброс регистра производится сигналом лог.О на входе R, при этом его выходы устанавливаются в состояние Q3 = Q2 = Qi = Qo = 0- Работа регистра происходит при сигнале лог.1 на R-входе.

Рассмотрим работу регистра сдвига на примере записи четырехразрядного двоичного числа 1101 (D3, D2, Db D0), поступающего на его D-вход в последовательном коде младшими разрядами вперед.

В момент прихода фронта синхронизирующего сигнала на вход С информация, присутствующая на D-входе каждого триггера переписывается на его выход Q.

С приходом первого импульса (фронта) на вход С лог.1 младшего разряда (МР) D0 двоичного числа со входа D регистра переписывается в первый триггер DD1 и появляется на его выходе Q3. На выходах регистра Q3, Q2, Q1} Q0 устанавливается двоичный код 1000. При поступлении второго импульса (фронта) лог.1 с выхода Q3 переписывается во второй триггер DD2, а лог.О второго бита Dx — в триггер DD1. На выходах регистра устанавливается код 0100. При поступлении третьего импульса (фронта) лог.1 с выхода Q2 переписывается в третий триггер DD3, лог.О с выхода Q3 переписывается во второй триггер DD2, а лог.1 третьего бита D2 — в триггер DD1. На выходах регистра устанавливается код 1010. При поступлении четвертого импульса (фронта) лог.1 с выхода Qx переписывается в четвертый триггер DD4, лог.О с выхода Q2 переписывается в третий триггер DD3, лог.1 с выхода Q3 переписывается во второй триггер DD2, а лог.1 четвертого бита D3 — в триггер DD1. В результате, после четвертого импульса на входе С все четырехразрядное двоичное число 1011 окажется записанным в регистре.

Проще говоря, в момент синхронизации содержимое памяти регистра сдвигается на один разряд, а в освободившийся разряд записывается информация с входа D, причем на выходе Q0 триггера DD3 будет присутствовать младший разряд записанного числа, а на выходе Q3 триггера DD1 — старший. Данные, выдвигаемые из крайнего правого разряда Q0, теряются.

Рассмотренный регистр сдвига перемещает данные в сторону младших разрядов. Такое перемещение считается сдвигом вправо.

Из временных диаграмм (см. рис. 11.39, в) видно, что считывать записанную информацию из регистра сдвига можно либо в последовательном коде с выхода Q0, поочередно продвигая ее через все разряды регистра синхронизирующими импульсами, либо в параллельном коде с выходов Q3, Q2, Qlf Q0.

Таким образом, регистр сдвига осуществляет не только запись и хранение информации, но и преобразование последовательного кода в параллельный.

На рис. 11.39, б приведено условное обозначение рассмотренного четырехразрядного регистра сдвига.

Вверху основного поля приведено обозначение RG, указывающее на то, что это устройство — регистр. Символ —» указывает на то, что это регистр сдвига с направлением сдвига информации вправо.

Регистр имеет один информационный вход D и четыре выхода Q3, Q2, Qij Qo- На выходах регистра нет инверсий, следовательно, его выходы — прямые. Регистр также имеет один вход синхронизации С с динамическим управлением по_фронту и асинхронный инверсный вход предварительной установки R с активным логическим уровнем лог.О.

Регистры сдвига выпускаются в виде ИМС, например, восьмиразрядный регистр сдвига вправо КР1533ИР8.

Для осуществления сдвига влево необходимо в регистре сдвига изменить связи между триггерами, подключая выход триггера к D-входу триггера соседнего слева (более старшего) разряда.

Регистры с направлением сдвига влево не выпускаются в виде отдельных ИМС, а являются одним из режимов работы универсальных регистров.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >