9.1. Регистры. Word.

РЕГИСТРЫ.
Регистрами называют функциональные узлы, предназначенные для хранения
информации. Информация поступает и хранится в регистре в виде n – разрядных
двоичных чисел. Основными видами регистров являются параллельный и
последовательный.
П а р а л л е л ь н ы й р е г и с т р. Схема трехразрядного параллельного регистра на
синхронных D – триггерах приведена на РИС.1. Информация поступает в виде
параллельного кода, т.е. все разряды одновременно по n проводам. Пусть n = 3, входы
обозначим X, Y, Z. На тактовые входы всех триггеров одновременно подается логический
сигнал С (команда „запомнить”). Во время фронта импульса С срабатывают все триггеры:
Q(n+1)1 = X, Q(n+1)2 = Y, Q(n+1)3 = Z; здесь X, Y, Z – значения входных переменных
(разрядов записываемого в память числа) в момент поступления импульса С. Информация
хранится в параллельном регистре в виде параллельного кода и может быть считана с
выходов триггеров: Q1, Q2, Q3.
П о с л е д о в а т е л ь н ы й р е г и с т р (сдвигающий регистр). Схема трехразрядного
последовательного регистра и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу,
приведены на РИС.2. Записываемое число поступает по одному входу X в виде
последовательного кода, т.е. значения разрядов передаются последовательно, подобно
тому как мы прочитываем многоразрядное число, например: „тысяча двести сорок один” –
1241. Последовательный регистр также выполнен на синхронных D – триггерах. При
поступлении первого импульса С в момент его фронта в каждом триггере записывается
значение логического сигнала на его входе: Q(n+1)1 = X (его значение равно 1), Q(n+1)2 =
Qn1 (его значение в момент прихода первого импульса С равнялось 0), Q(n+1)3 = Qn2 = 0.
Третий импульс С производит запись значений сигналов на входе триггеров в момент
поступления импульса: Q(n+1)1 = X = 1, Q(n+1)2 = Qn1 = 0, Q(n+1)3 = Qn2 = 1.
Рассмотрим временные диаграммы на РИС.2,б. Легко заметить следующее:
1) поступившие на вход X регистра число 101 после третьего импульса С оказывается
записанным в разрядах триггера: Q3 = 1, Q2 = 0, Q3 = 1 (перечисляем от старшего
разряда к младшему). В общем виде: n – разрядный регистр запоминает n – разрядное
число за n тактовых импульсов;
2) поступивший на вход X последовательный код преобразуется в регистре в
параллельный код: число может быть считано с выходов триггеров: Q3, Q2, Q1;
3) с поступлением каждого тактового импульса С записанная информация сдвигается в
регистре (движение от входа к выходу), поэтому последовательный регистр называют
сдвигающим регистром. Сдвиг информации на один разряд равнозначен умножению
кода на 2. Например, записано число 101 (в десятичном коде 5), сдвигаем его на один
разряд влево и получаем 1010 (в десятичном коде 10);
4) информация, записанная в последовательном регистре, может быть считана с выхода
его старшего разряда в виде последовательного кода: если после записи в регистр
числа вновь подать тактовые импульсы, число поразрядно будет прочитываться на
выходе старшего разряда и оттуда может быть передано к другим считывающим
цепям.
Таким образом, последовательный регистр осуществляет не только запись и хранение
информации, но и преобразование формы ее представления. Способность регистра к
сдвигу сигналов широко используется в устройствах управления.
Специальный регистр К155ИР17 (РИС.3) предназначен для построения аналого –
цифровых преобразователей, работающих по принципу последовательного приближения,
с числом разрядов до 12. Потребляемый ею ток не превышает 124 мА, максимальная
частота следования тактовых импульсов – 15 МГц.
Регистр имеет вход С для отрицательных тактовых импульсов (триггеры регистра
переключаются по их спаду), вход D для сигналов запоминаемой информации, входы
разрешения преобразования ERD и сброса S.
При уровне лог. „0”на входах ERD и S поспаду очередного отрицательного тактового
импульса (0) триггеры регистра устанавливаются в начальное состояние: на выходе 12
появляется уровень лог. „0”, на выходах 1 – 11 – уровень лог. „1”. На выходе окончания
преобразования Р также возникает уровень лог. „1”.
Такое состояние регистра сохраняется до тех пор, пока на входе S присутствует уровень
лог. „0”.
После поступления уровня лог. „1” на вход S спад первого же тактового импульса (1)
записывает в триггер регистра с выходом 12 информацию с входа D (имеет значение
уровень до спада тактового импульса), устанавливает на выходе 11 уровень лог.”0”, а на
выходах 1 – 10 и Р остается уровень лог. „1”. Спад следующего тактового импульса (2)
записывает информацию с входа D в триггер с выходом 11 и устанавливает на выходе 10
уровень лог. „0” и т. д. Таким образом на выходах регистра поочередно появляется
уровень лог. „0”, а затем информация с входа D.
После того, как импульс 12 запишет информацию в триггер с выходом 1, на выходе Р
возникает уровень лог. „0” и состояние регистра фиксируется до появления такого же
уровня на входе S. Если последний соединить с выходом Р, то по спаду очередного
тактового импульса (13) регистр установится в исходное состояние (аналогично импульсу
0) и далее повторится описанный выше цикл работы с периодом в 13 тактов.
В случае подачи уровня лог. „1”на вход ЕRD на выходах 1 – 12, Р появляется такой же
уровень, не изменяющийся от сигналов на других входах. Соединив выход Р одной
микросхемы с выходом ERD другой, как показано на РИС. 1, можно построить регистры
на 24, 36, 48 и т. д. разрядов. Такие регистры работают аналогично одной микросхеме, а
при соединении выхода Р последней с объединенными входами S – циклично с периодом
соответственно в 25, 37, 49 и т. д. тактов. Микросхему можно использовать и как регистр с
меньшим числом разрядов (11 – 1), если вход S соединить с соответствующим выходом
(1 – 11).
ЛИТЕРАТУРА.
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. Москва.
Энергоатомиздат. 1988г.
2. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Москва. Радио и связь. 1989г.