Регистры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 13

Регистры

Наиболее распространенным узлом цифровой техники и устройств автоматики являются регистры. Регистром называют последовательное устройство, предназначенное для хранения небольшого объёма цифровой информации (числа) или ее преобразования. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. Процедура ввода числа в регистр называется записью. Процедура вывода числа называется считыванием. По способу записи и считывания различают следующие типы регистров: 1. Параллельный регистр, в котором и запись, и считывание производят в параллельном коде, т.е. во все разряды одновременно записывается число и одновременно со всех разрядов считывается. 2. Последовательный регистр, в котором и запись, и считывание производятся в последовательном коде, т.е. последовательно разряд за разрядом. 3. Параллельно - последовательный регистр, в котором запись производится в параллельном коде, а считывание в последовательном. 4. Последовательно - параллельный регистр, в котором запись производится в последовательном коде, а считывание в параллельном.

Рассмотрим примеры построения схем перечисленных типов регистров.

Регистры с параллельным приемом и выдачей информации служат для хранения информации и называются регистрами памяти или хранения. . Количество разрядов записываемой цифровой информации определяется разрядностью регистра, а разрядность регистра, в свою очередь, определяется количеством триггеров, образующих этот регистр. В качестве разрядных триггеров регистра памяти используются синхронизируемые уровнем или фронтом триггеры. Регистры памяти могут быть реализованы на D-триггерах, если информация поступает на входы регистра в виде однофазных сигналов и на RS-триггерах, если информация поступает в виде парафазных сигналов. В некоторых случаях регистры могут иметь вход для установки выходов в состояние “0”. Этот асинхронный вход называют входом R “сброса” триггеров регистра. Параллельный регистр на D-триггерах приведен на рис.13.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 13.1

Информация (число) записывается во все разряды регистра, во все D - триггеры одновременно, т.е. параллельным кодом. В приведенной на рисунке схеме считывание выполняется с использованием элементов И-НЕ, часть из которых превращается в инверторы путем объединения двух входов. При отсутствии сигнала считывания, которым является логическая единица, т.е. при нуле на входе считывания, на всех выходах установятся логические нули. При единице на входе «счит.» число на выходах будет равно числу, записанному в триггерах.

Рис.13.1б

На рис.13.1б приведено условное графическое обозначение параллельного регистра типа 555ИР15 - 4-х разрядного параллельного регистра с однофазным входом и выходом (соответственно Di и Qi). Входы Е1,Е2 предназначены для перевода регистра из режима приема (Е1+Е2=0) в режим хранения информации (Е1+Е2=1).

Последовательный регистр

Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются сдвиговыми регистрами или регистрами сдвига. Регистры сдвига могут выполнять функции хранения и преобразования информации. Они могут быть использованы для построения умножителей и делителей чисел двоичной системы счисления, т.к. сдвиг двоичного числа влево на один разряд соответствует умножению его на два, а сдвиг вправо - делению на два. Регистры сдвига широко используются для выполнения различных временных преобразований цифровой информации: последовательное накопление последовательной цифровой информации с последующей одновременной выдачей (преобразование последовательной цифровой информации в параллельный код) или одновременный прием (параллельный прием) информации с последующей последовательной выдачей (преобразование параллельного кода в последовательный). Регистры сдвига могут служить также в качестве элементов задержки сигнала, представленного в цифровой форме. Действительно, регистры с последовательным приемом (вводом) и выводом осуществляют задержку передачи информации на m+1 тактов ( m+1 - число разрядов регистра) машинного времени.

Регистры сдвига обычно реализуются на D-триггерах или на RS-триггерах. Следует отметить, что все регистры сдвига строятся на базе триггеров, синхронизируемых фронтом синхроимпульса. Разрядность регистров сдвига, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав.

Последовательный регистр строится на D - триггерах путем соединения выхода каждого триггера со входом «D» следующего. Для записи и считывания одновременно на входы синхронизации всех триггеров подаются тактовые импульсы «ТИ» рис 13.2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 13.2

Первым тактовым импульсом первая единица старшего разряда числа 101 записывается в первый триггер. Вторым тактовым импульсом в первый триггер записывается значение следующего разряда (в нашем примере 0), а во второй триггер записывается единица, которая была перед приходом второго тактового импульса на выходе первого триггера.

Таким образом, каждым тактовым импульсом в регистре происходит сдвиг числа на один разряд. Трехразрядное число будет полностью записано в регистр после третьего тактового импульса. При этом на выходе регистра можно просчитать значения разряда, который был записан первым. Для считывания значений следующих двух разрядов нужно подать ещё два тактового импульса. В двоичной системе счисления при сдвиге числа на один разряд в сторону старших разрядов происходит увеличения числа в два раза. При сдвиге числа в сторону младших разрядов число, записываемое в регистр, уменьшается в два раза. Таким образом, сдвигающий регистр можно использовать для умножения или деления числа на 2n , где n - количество сдвигов равное количеству тактовых импульсов.

регистр информация хранение память

Параллельно - последовательный регистр

В параллельно - последовательном регистре запись информации происходит в параллельном коде, а считывание в последовательном. На рис 13.3 показан пример построения такого регистра на JK - триггерах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 13.3

В приведенной схеме JK - триггеры дважды превращены в D - триггеры. Одно превращение осуществлено для организации записи с использованием вспомогательных инверсных входов S и R и, добавлением двух элементов И -НЕ. Этот способ построения триггера рассмотрен на предыдущей лекции.

Запись числа в регистр в параллельном коде происходит при подаче числа на входы х1, х2, х3 и сигнала «1» на вход «зап». Для считывания информации из регистра в последовательном коде JK - триггеры второй раз превращены в D - триггеры у которых выходы каждого триггера соединены со входом D следующего, как это делается в последовательном регистре. Во втором случае JK - триггеры превращены в D - триггеры способом показанном на рис 11.20, но вместо дополнительного инвертора используется инверсный выход предыдущего триггера. Исключение составляет первый триггер, у которого входы J и K объединены и соединены с основным входом этого же триггера. Благодаря такой схеме после подачи импульсов считывания первый триггер оказывается в состоянии «0».

Разрешение на параллельный ввод (запись по S-входам)

Последовательно - параллельный регистр

Для построения последовательно - параллельного регистра достаточно в последовательном регистре организовать параллельное считывание используя дополнительные элементы И - НЕ, как это показано на рис 13.4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13.4

При подаче сигнала «1» на вход «счит» значение разрядов числа с инверсных выходов триггеров поступают на выходы У1, У2, У3 через элементы И - НЕ.

При последовательном выводе информация не сохраняется в регистре, а сдвигается поразрядно на выход. В некоторых случаях бывает необходимо сохранить информацию. Для этого регистр дополняют цепью обратной связи. Одним из наиболее распространенных устройств содержащих регистр с обратной связью является кольцевой счетчик, принципиальная схема которого приведена на рис.13.5. Информация в устройство записывается последовательным образом по входу DS, а управляется процесс записи входом V.

DS Q1 Q2 Q3

V 1 2 3

C

Рис.13.5

Управляющий вход V своим высоким уровнем запирает ЛЭ2 и исключает из работы схемы обратную связь, но разрешает ввод информации по входу DS. После записи двоичного кода, вход V переводится в низкий уровень. Записанный трехразрядный код при каждом поступлении синхроимпульса (вход С) будет не только считываться, но и порязрядно поступать на вход регистра. Запись новой информации по входу DS будет возможна только при подаче единицы на вход V.

Изученные ранее схемы обеспечивают какой-либо один вид ввода информации.

Схема, представленная на рис.13.6, позволяет осуществлять как последовательный, так и параллельный ввод. Режим ввода определяется уровнем сигнала на входе S/P. Если на входе S/P единица, то на входы тройки верхних и нижних ЛЭ И-НЕ на рис.13.6 поступают нули, что закрывает их, а на R,S-входы триггеров - единицы, что переводит регистры в синхронный режим работы. Синхроимпульсы на входе С (на входе S/P единица) разрешают запись информации со входа DS, а также ее поразрядный сдвиг вправо.

Если на вход S/P подать ноль, то тактирование триггеров становится невозможным, а сами триггеры превращаются в D-триггеры с информационными входами D1, D2, D3. Становиться возможным параллельная запись информации в регистр. Для последовательного считывания необходимо снова подать на управляющий вход S/P единицу.

Рис.13.6

Рассмотренный регистр с параллельно-последовательным вводом можно преобразовать в реверсивный регистр - устройство, обеспечивающее двухсторонний сдвиг информации. Реализация реверсивного регистра на базе рассмотренной ранее схемы показана на рис.13.7. Вход S/P служит для задания направления сдвига (1-вправо, 0-влево). Информация со сдвигом вправо записывается по входу DS, а вывод информации с Q3. информация со сдвигом влево - по входу D3, вывод - Q1.

ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖРЕГИСТОРВЫХ СВЯЗЕЙ

Информация, хранящаяся в регистре, подлежит дальнейшей обработке, для чего она должна передаваться от одного регистра другому. Передача осуществляется различными способами. При небольшом количестве регистров в ЛУ реализуется пространственное разделение цепей связи, при котором обмен информацией может осуществляться одновременно. С увеличением числа регистров резко возрастает количество линий связи. В таких случаях реализуют временное разделение сигналов, при котором для обмена используется единственная линия связи - общая шина. В определенный момент времени возможен обмен информацией только между двумя регистрами, а путь передачи сигнала определяется значениями управляющих сигналов.

шина.

С

Рис.13.7 Реализация межрегистровых связей по общей шине

Размещено на Allbest.ru