Регистры

n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.

Элементарной ячейкой

электронной памяти является триггер, способный сохранять 1 бит записанной в нем информации. Каждый разряд двоичного числа записывается в своем триггере, поэтому число триггеров в регистре определяет разрядность записываемого числа.

Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове.

Регистр предназначен для записи, хранения и выдачи информации.

С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами. Фактически любое достаточно сложное цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых схем.

Регистры классифицируются по следующим видам:

1. Регистры хранения (параллельные или накопительные);
2. Регистры сдвига (последовательные).

2 - Типовое УГО тактируемого регистра хранения
а) стробируемый

б) тактируемый

+ t2
Для компенсации задержки t1 и t2, период следования кодовых

последовательностей должен удовлетворять условию:

Использование регистров в системах обработки информации

Тактируемые регистры

t1 и t2, период следования тактовых импульсов Т должен удовлетворять

условию:

T > max{t1, t2} + TRG

возобновляет свою работу с минимальных значений кода, но не обязательно

будет повторена та же числовая последовательность кодов, что и в предыдущем цикле накопления. Например, при входном коде 3 выходная последовательность будет вида:
0, 3, 6, 9, 12, 15, 2, 5, 8, 11, 14, 1, 4, …

SM(15) + RG(13) = 11112 + 11012 = 1 11002 = 11002 → 1210

0011 3
0011
0110 6
0011
1001 9
0011
1100 12
0011
1111 15
0011
1 0010 2
0011
0101 5
0011
1000 8
0011
1011 11
0011
1101 14
0011
1 0001 1

При больших значениях входного кода (имеющего 1 в старшем разряде) схема может рассматриваться как накапливающий вычитатель, причём вычитаемое должно быть представлено в дополнительном коде.
Например, 15 – 3 = 12; 1510 = 11112; –310 = 11012 = +1310.

Накапливающий сумматор предназначен для выполнение операции вида: Y ← Y+X

Основное применение регистра, срабатывающего по уровню стробирующего сигнала, состоит в

запоминании на какое-то заданное время входного кода, причем в остальное время выходной код регистра должен повторять входной.

Рисунок 7 - УГО регистра ТМ7, срабатывающего по уровню

Стробируемые регистры

содержимое которых можно сдвигать на один разряд влево или вправо

подачей тактовых импульсов.
Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный или параллельного в последовательный, а также при построении арифметико-логических устройств. Составляется регистр сдвига из соединенных последовательно триггеров, в которые записываются разряды обрабатываемого кода.

Сдвигающие регистры делятся:
по способу ввода-вывода информации: параллельные; последовательные; комбинированные;
по направлению передачи информации: однонаправленные; реверсивные.

Типичными являются следующие операции:
прием слова в регистр;
передача слова из регистра;
поразрядные логические операции;
сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;
преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
установка регистра в начальное состояние (сброс)

Регистр сдвига

которой последовательно переписывается из триггера в триггер по фронту тактового

сигнала

Рисунок 8 - Простой сдвиговый регистр и его условно графическое обозначение

Сдвиговый регистр может быть построен на триггерах любого типа (RS-, D-, JK-), но все они работают в режиме D-триггера.

функция переходов D-триггера
R∙S = D∙D = 0
Синхронный RS-триггер описывается функцией

переходов (возбуждения):

условие

– выполняется

Рисунок 9 - Устройство сдвигового регистр

Регистр сдвига на синхронных RS-триггерах

Сдвиговый регистр может использоваться для задержки информации Х на n тактов.

(б) регистра осуществляющий сдвиг информации вправо ИР8
Регистр ИР8 –

наиболее простой из регистров сдвига. Он представляет собой 8-разрядную линию задержки, так как имеет только один информационный вход, на который подается последовательная сдвигаемая информация (точнее, два входа, объединенных по функции «2И»), и восемь параллельных выходов.

а) б)

функцию, обратную регистру ИР8.
Если ИР8 преобразует входную последовательную информацию

в выходную параллельную, то регистр ИР9 преобразует входную параллельную информацию в выходную последовательную.

коде по двум линиям: информационной и синхронизующей.
Такая передача позволяет

сократить количество соединительных проводов, а также упростить защиту передаваемых данных от действия внешних электромагнитных помех, правда, ценой снижения скорости передачи.

- Увеличение разрядности сдвигового регистра ИР9

необходимо использовать дополнительные управляющие сигналы.
L = 0 – последовательный ввод

и сдвиг
L = 1 – синхронная параллельная (загрузка) данных

Функции возбуждения RS-триггеров

Рисунок 14 - УГО регистра ИР9 и принципиальная схема одного разряда

загрузки используются для сдвига данных в сторону младших разрядов Q0

→ Q3

При М = 0 – производится сдвиг в сторону старших разрядов
М = 1 – производится сдвиг в сторону младших разрядов

задержек, особенно имеющих значительное количество каскадов возможно с помощью сдвиговых

регистров.
Можно обеспечить задержку любого входного сигнала на целое число тактов.
Но! Надо учитывать, что длительность входного сигнала (и любого его элемента) будет также передаваться по линии задержки с точностью до одного такта.
Такие линии задержки могут применяться для сравнения нескольких последующих тактов входного сигнала, для выполнения арифметических операций с несколькими тактами входного сигнала и для других подобных целей.

Рисунок 15 – Организация цифровой линии задержки на базе сдвигового регистра ИР8

будет определяться управляющим кодом. Погрешность установки этой длительности равна одному

периоду тактового сигнала и зависит от временного сдвига между фронтом входного сигнала и фронтом ближайшего к нему тактового импульса. Чем больше длительность выходного сигнала, тем меньше относительная погрешность установки его точности.
Например, при управляющем коде 0 длительность выходного сигнала может быть от 0 до Т, где Т – период тактового сигнала.

Рисунок 16 – Использование сдвигового регистра ИР8 в устройстве формирования импульсов