Виды регистров

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Регистры

1.1 Общие сведения

Регистр предназначен для хранения многоразрядных двоичных чисел (слов). Поэтому его основу составляют запоминающие элементы - триггеры. В каждом из них хранится цифра разряда числа.

Кроме хранения, регистр может осуществлять сдвиг принятого слова, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот, преобразование кода из прямого в обратный (когда единицы заменяются нулями, а нули - единицами) и наоборот, и некоторые арифметические и логические операции.

В соответствии со способом ввода и вывода разрядов числа различают регистры параллельные, последовательные и комбинированные.

В параллельном регистре (регистре памяти) ввод и вывод слова осуществляется в параллельной форме - одновременно всех разрядов, в последовательном (сдвиговом) регистре разряды числа вводятся и выводятся последовательно, в комбинированном регистре ввод числа осуществляется в параллельной форме, а вывод в последовательной или наоборот.

Изучив материал этого модуля, студент сможет разрабатывать схемы устройств, правильно выбирая регистры в соответствии с их назначением и конкретными требованиями.

1.2 Параллельный регистр

Так как сигналы, поступающие только на входы S, не могут установить соответствующие триггеры в состояния 0 (из-за чего число будет записано с ошибкой), то перед приемом числа все триггеры регистра обнуляются. Для этого на линию “0” подается логическая 1. Подготовка к приему новой информации составляет первый такт.

Рис. 1

На рис. 1,а приведена функциональная схема параллельного регистра (регистра памяти) на RS-триггерах при однофазном способе приема числа xn ….x2, x1.

Рис. 2

Во втором такте по сигналу 1 на линии “П” (“Прием”) двоичное число всеми разрядами одновременно (параллельно) через конъюнкторы записывается в разряды регистра. Выдача числа в прямом коде осуществляется по сигналу лог. 1 на линии Впр, а в обратном - по сигналу лог.1 на линии Вобр.

Ввод информации в рассматриваемом регистре может осуществляться и парафазным способом, когда i-ый разряд числа на вход S поступает непосредственно, а на R-вход - через инвертор. Этим исключается необходимость предварительной установки триггеров в 0, так как теперь его состояние целиком определяется сигналами на S- и R-входах, т. е. цифрой в разряде кода. Такая запись числа осуществляется в один такт и производится намного быстрее, чем двухтактная.

Параллельный регистр может быть реализован и на других типах триггеров, имеющих информационные входы.

Условное изображение параллельного четырехразрядного регистра приведено на рис.8.2,б, где Q1...Q4 - выходы разрядов регистра, D1...D4 - входы, с которых в регистр одновременно записываются все разряды заносимого слова при поступлении импульса разрешения на С-вход

1.3 Последовательный регистр

В последовательных регистрах число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Разряды такого регистра соединены последовательно. Каждый разряд выдает информацию в следующий и одновременно принимает новую информацию из предыдущего. Для этого каждый разряд должен иметь два запоминающих элемента. В первый передается информация из предыдущего разряда, одновременно второй запоминающий элемент передает свою информацию в последующий разряд; затем информация, принятая первым запоминающим элементом, передается во второй, а первый освобождается для приема новой информации.

Двухступенчатый триггер (например, JK-триггер, D-триггер) представляет совокупность двух запоминающих элементов, поэтому он один может составлять разряд последовательного регистра.

Если в цепи таких триггеров выходы одного триггера соединить с входами другого, то по фронту тактового импульса во входную ступень каждого триггера будет заноситься информация из выходной ступени предыдущего триггера, а по спаду импульса она будет переписываться в выходную ступень. Теперь (по фронту следующего тактового импульса) во входной ступени триггера информация может быть заменена новой (из предыдущего триггера) без опасения, что предыдущая будет потеряна.

Рис. 3

Функциональная схема последовательного регистра приведена на рис. 3, где, к примеру, левый триггер предназначен для хранения старшего разряда числа, а правый - для хранения младшего разряда. Разряды двоичного числа (высокие и низкие потенциалы), начиная с его младшего разряда, последовательно поступают на входы старшего разряда регистра. Поступление разрядов числа чередуется с поступлением импульсов сдвига, которыми вводимые разряды продвигаются вдоль регистра, пока младший разряд n-разрядного числа не окажется в младшем разряде регистра.

Для выдачи записанного числа в последовательной форме надо на входы старшего разряда регистра подать хi=0, xi=1, а на линию импульсов сдвига - n импульсов. Первый импульс выдвинет из младшего разряда регистра младший разряд числа, на его место передвинется второй разряд числа и т. д. - все число сдвинется вдоль регистра на один разряд. Одновременно с входов в старший разряд регистра будет записан 0. Второй импульс сдвига выдвинет из регистра второй разряд числа и продвинет 0 из старшего разряда регистра в соседний, более младший и т.д. После n импульсов сдвига число будет полностью выведено из регистра, в разряды которого окажутся записанными нули. В соответствии с механизмом перемещения разрядов числа вдоль регистра последовательный регистр называют сдвигающим (сдвиговым). Он может быть однонаправленным (для сдвига числа в сторону младшего разряда - правый сдвиг, в сторону старшего разряда - левый сдвиг), а также реверсивным, обеспечивающим сдвиг в обе стороны.

Схема реверсивного сдвигового регистра изображена на рис.4. При V=1 верхний ряд конъюнкторов заблокирован и в регистр сдвиговыми импульсами могут вдвигаться разряды слова слева направо с входа D1. При V=0 блокируется нижний ряд конъюнкторов и слово может вдвигаться в регистр с входа D2 справа налево.

1.4 Параллельно-последовательный регистр

цифровой регистр триггер

Рис. 4

Параллельно-последовательные регистры используются, в частности, для преобразования параллельной формы кода в последовательную и наоборот. Для решения первой задачи регистр, выполненный по схеме рис. 3, должен иметь триггеры с нетактируемыми входами S и R для записи слова в параллельном коде. С подачей импульсов сдвига этот код разряд за разрядом будет появляться на выходе триггера младшего разряда. При решении второй задачи число вводится в регистр последовательно разряд за разрядом, а снимается одновременно с выходов всех триггеров.

Если выходы последнего триггера (см. рис. 3) соединить с входами первого, то получится кольцевой регистр сдвига. Записанная в его разряды информация под воздействием сдвигающих импульсов будет циркулировать по замкнутому кольцу. Кольцевой регистр иначе называют кольцевым счетчиком. Его коэффициент пересчета равен числу разрядов n: единица, записанная в один из разрядов, периодически появляется в нем после того, как пройдут n сдвигающих импульсов.

Приведем еще одно применение регистра. Пусть в регистр (см., например, рис. 3) записано число так, что его крайние разряды свободны от разрядов числа. При этом сдвиг числа влево (в сторону старших разрядов) увеличивает число вдвое, а сдвиг вправо уменьшает число в два раза. Это легко проследить на примере. Число 00111002 = 2810. При сдвиге влево оно будет равно 01110002=5610, а при сдвиге вправо составит 00011102 =1410.

Промышленность выпускает многие типы регистров в интегральном исполнении.

На рис. 4 приведено условное изображение 4-х разрядного параллельно-последовательного регистра со сдвигом вправо. Выбор режима (последовательный или параллельный ввод числа) определяется сигналом на входе V2: при логическом 0 регистр работает как сдвигающий, а при логической 1 - как параллельный. Через вход VI в первый разряд регистра последовательно вводятся разряды двоичного числа. Синхроимпульсы, поступающие на вход С1, обеспечивают их сдвиг. По входам D1...D4 в регистр может быть занесено двоичное число в параллельной форме всеми разрядами одновременно. Его запись происходит с поступлением синхроимпульса на вход С2. В условных обозначениях регистров со сдвигом влево стрелка обращена в сторону, противоположную изображенной на рис. 8.4, а в реверсивных сдвигающих регистрах она показы-вается двунаправленной.

Рис. 5

На рис. 5 показано наращивание разрядов последовательно-параллельного регистра (с последовательным вводом и параллельным выводом числа). По каждому импульсу на входе С разряды вводимого слова с входа D вдвигаются в регистр. С выхода последнего разряда (Q4) предыдущего регистра разряд слова поступает на вход D последующего регистра, составляющих как бы непрерывную цепочку последовательно включенных триггеров.

Заключение

По способу занесения числа регистры разделяются на параллельные (регистры памяти), последовательные (сдвиговые регистры) и параллельно-последовательные (комбинированные).

Кроме хранения числа, последовательные и параллельно-последовательные регистры могут осуществлять сдвиг чисел, что соответствует их умножению или делению.

На параллельно-последовательных регистрах осуществляют преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот.

Литература

1. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы - М.: Телеком, 2000г., c. 126…130

2. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре - Л.: Энергоиздат , 1986 г., c. 236…258.

3. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства - М.: Радио и связь, 1992 г., c.229…248.

Размещено на Allbest.ru