Лекция7.Регистры

Лекция7.Регистры
1)Общие сведения
2)Параллельные регистры
3)Сдвигающие регистры
4)Микро-схема регистр
Общие сведения
В процессе обработки многоразрядных двоичных данных в цифровых
устройствах возможны две формы представления информации:
параллельная и последовательная. При представлении информации в
параллельной форме на выходе устройства для каждого разряда имеется
свой выход. Параллельная форма представления информации в виде 8разядного двоичного кода 10101110 показана на рис
При работе цифровых устройств возможны случаи, когда двоичные
данные, например, х7 х6 х5 х4 х3 х2 х1 х0 = 11001110 должны поступать
поразрядно, начиная с младшего х0 или старшего х7 разряда Такая
форма представления данных называется последовательной
Регистры
Регистром (от английского слова to register – регистрировать) называют
цифровой узел, основным назначением которого является запись и временное
хранение слова. Слово – это набор двоичных цифр, который в зависимости от
назначения слова может быть двоичным числом, командой или набором
символов. Помимо этого некоторые виды регистров могут выполнять над
словами ряд операций, например: прием, выдача, сдвиг вправо или влево и
преобразование слова из последовательной формы в параллельную и
наоборот.
Однако главным классификационным признаком регистров является способ
приема и выдачи данных. По этому признаку различают параллельные,
последовательные (сдвигающие) и параллельно-последовательные регистры.
Ниже будет рассмотрена работа регистров со словами-числами.
Параллельные регистры
В параллельных регистрах прием и выдача чисел производится по всем
разрядам одновременно. На рис. 3 показана схема 4-разрядного
параллельного регистра на D-триггерах. Каждый триггер служит для
хранения одного разряда входного числа, например, х3 х2 х1 х0 = 1101.
Перед записью числа на шину сброса R подается положительный импульс,
устанавливающий все триггеры в нулевое состояние. Затем подлежащее
хранению число подается на D-входы триггеров. При подаче на шину
занесения С положительного импульса по его фронту (положительному
перепаду напряжения) осуществляется запись числа 1101 в регистр
В дальнейшем это число может сохраняться в регистре сколь угодно долго,
если на шину С не поступают импульсы.
Числа из регистра может выводиться с прямых выходов триггеров в прямом
коде Q3 Q2 Q1 Q0 = х3 х2 х1 х0 =1101,
а с инверсных выходов в обратном коде Q 3 Q 2 Q1 Q 0  x 3 x 2 x1 x 0  0010 .
Q3
D
Q2
T3
D
C
R
T2
D
C
R
Q3
R
Q2
1
1
D
T0
C
R
Q1




0
1
Q0
С




T1
C


Q0
Q1
Четырехразрядный параллельный регистр

Условное обозначение микросхемы М530ИР19, представляющею собой
4-разрядный параллельный регистр на D-триггерах.
RG
E
Q0
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
C
Q2
Q3
Q1
Q2
Q3
Когда на вход Е подано низкое напряжение ("0"), то данные со входов Di
будут загружены в регистр при поступлении положительного перепада
напряжения тактового импульса на вход С.
Если на входе Е действует высокое напряжение ("1"), то данные в регистре
остаются без изменения (входы Di и С не действуют).
Сдвигающие регистры
Сдвигающие регистры предназначены для преобразования информации
путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Схема
четырехразрядного сдвигающего регистра со сдвигом вправо (от старшего
разряда к младшему)
Вход регистра С, на который поступают импульсы сдвига, образован путем
объединения С-входов триггеров, а вход сброса R (установки нуля) –
объединением R-входов.
Принцип работы сдвигающего регистра основан на том, что в любой момент
времени на каждый из D-входов триггеров поступает бит информации. Так,
на вход D триггера Т3 информация поступает в виде бита xi, на вход D
триггера Т2 в виде бита Q3, на вход D триггера Т1 в виде бита Q2 и, наконец,
на вход D триггера Т0 в виде бита Q1. Поэтому, если на вход R подано
низкое напряжение, то по положительному перепаду импульса, поданного на
шину С, в триггеры запишется новая информация вида xi Q3 Q2 Q1.
Изложенный алгоритм работы сдвигающего регистра в процессе
формирования параллельного двоичного кода х3 х2 х1 х0. В исходном
состоянии (на вход R подано низкое напряжение, к входу D триггера Т3
подведен бит информации х0, тактовые импульсы на шине сдвига С
отсутствуют) в регистре храниться 4-разрядый код, определяемый
уровнями напряжения на прямых выходах триггеров, т. е. Q3 Q2 Q1 Q0.
В процессе работы этого регистра происходит последовательное
занесение старшего и последующих битов информации в регистр
младшего разряда Т0, а из него в триггер Т1 и т.д. Информацию в
параллельной форме, можно снять с прямых выходов или инверсных
выходов триггеров Т3, Т2, Т1 и Т0.
Микросхемы регистры
В сериях интегральных схем имеется много вариантов регистров (только в
сериях ТТЛШ их около 30 и не менее десятка в сериях ЭСЛ и на КМДПтранзисторах). Регистры предназначены для преобразования информации
из одного вида в другой (последовательного кода в параллельный или
параллельного в последовательный), а также для выполнении некоторых
логических операций, например поразрядного логического сложения и
умножения, сдвига числа на несколько разрядов вправо или влево и т. д. По
функциональному назначению они подразделяются на:
параллельные (регистры памяти);
последовательные (регистры сдвига);
параллельно-последовательные (универсальные);
специализированные регистры.
Основой для построения регистров служат RS- и D-триггеры, в качестве
вспомогательных элементов используются логические элементы. Ниже рассмотрим некоторые микросхемы указанных разновидностей регистров.
Параллельные регистры. В сериях 530, М53О, Н530, КМ530, К531,
КМ531, КР531 ТТЛ имеются микросхемы 6-разрядных (ИР 18) и 4разрядных (ИР19) параллельных регистров
На входы регистров Do ... D5 и Do ... D3 поступают соответственно 6разрядные и 4-разрядные параллельные коды данных. Входы EI
разрешают или запрещают запись данных в регистры. Если на вход EI
подано напряжение низкого уровня, то данные со входов D, будут записаны
в регистр. Когда на входе EI действует напряжение высокого уровня, то
входы C и D, не действуют (данные в регистре не меняются).
Последовательные регистры. В сериях 134, КР134, 533, Н533, 555, КМ555
ТТЛ имеется 8-разрядная микросхема ИР8, а в серии 1533 ТТЛ - 24-разрядная
микросхема ИР31 последовательных регистров. В серии КР1554 на КМДГТтранзисторах имеется микросхема ИР46, содержащие два четырехразрядных
регистра со сдвигом вправо.
Последовательные регистры.
Особенность регистра ИР8 в том, что его информационные входы Dl, D2
объединены логикой 2И. Если на вход R подан низкий уровень напряжения,
то на выходах QO ...Q7 установится напряжение низкого уровня независимо
от значений сигналов на других входах. Когда на вход R подан высокий
уровень напряжения, то разряды данных, равные произведениям D1-D2,
передвигаются на один разряд вправо при поступлении каждого тактового
импульса.
Регистр ИР31 имеет информационный D и тактовый С входы. При поступлении разрядов данных на вход они будут последовательно сдвигаться на
один разряд вправо и поступать на параллельные выходы по
положительному перепаду каждого тактового импульса.
Принцип работы каждого из регистров ИР46 аналогичен работе регистра
ИР31. Различие в том, что при поступлении на вход R низкого уровня
напряжения на параллельных выходах Q0...Q3 установится напряжение
низкого уровня.
Литература
1) Основы вычислительной техники: Учебное пособие/ Д.П. Гонтов,
К.Г. Кречетников и др: Владивосток: ТОВВМУ, 1996.
2) Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы:
Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
3) Калиш Г.Г. Основы вычислительной техники. Учеб. пособ. для
средн. проф. учебных заведений. – М.: Высш. Шк., 2000.
4) Евреинов Э. В. Цифровая и вычислительная техника. – М.:
Энергоатомиздат, 1991.
5) Цифровые устройства и микропроцессоры. Сборник заданий для
лабораторных работ/ А. А. Гайзюмов, Д. П. Гонтов, А. Н. Карелин и
др.: Владивосток: ТОВМИ, 1999.