Регистры

Регистры, применяемые в цифровых устройствах, по функциональному назначению разделяются на накопительные (регистры памяти) и сдвигающие, основное назначение регистров памяти состоит в параллельном приёме много разрядных слов информации и сохранении их в течение необходимого времени. Функциональный состав регистров памяти – это набор RS триггеров, имеющих общую шину сброса.

Как правило, информация вводится в RS-триггеры через вентили, на которые одновременно подаётся сигнал ввода информации. Записанная в RS-триггерах информация снимается также через систему вентилей.

Регистры сдвига предназначены для более сложной обработки информации за счёт сдвига её по тактовым импульсам. Наличие в регистрах сдвига возможности как параллельного, так и последовательного приёма информации позволяет выполнять на регистрах последовательно-параллельное преобразование кодов. Регистры сдвига могут применятся в качестве элементов временной задержки цифровой информации, генераторов циклических кодов и счётчиков. Функциональная структура регистров сдвига значительно сложнее структуры накопительных регистров [1].

Регистры памяти

Регистры памяти применяются для хранения информации, представленной в виде двоичного кода.

Для построения регистров памяти наиболее удобны D-триггеры. На рис. 6.1 показана схема четырехразрядного регистра памяти 155ТМ5. Он содержит четыре тактируемых потенциалом D-триггера. Если на тактовые входы триггеров подан потенциал С=1, то информация со входов D1…D4 устанавливает триггеры DS1…DS4 в соответствующие состояния. При С=0 триггеры хранят запомненную информацию вне зависимости от того, какие потенциалы присутствуют при этом на входах D1…D4.

Рис.6.1. Схема четырехразрядного регистра памяти 155ТМ5

Регистры памяти могут быть выполнены и на триггерах других типов, например на RS и JK-триггерах. Однако при этом нужно дополнять каждый триггер инвертором, обеспечивающим подачу на вход R (или К) сигнала, инверсного по отношению к сигналу на входе S (или J). Таким образом, из RS и JK-триггеров можно получить D-триггеры, которые затем применяют так, как показано на рис. 6.1. Если подлежащая хранению информация представлена и прямыми инверсными значениями сигнала, то упомянутые выше инверторы, естественно, оказываются лишними, тактируемые фронтом триггеры могут также использоваться в регистрах памяти. При этом обновление запоминаемой информации будет происходить в моменты существования соответствующего перепада на тактовом входе.

Регистры памяти представляют собой простейшие оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). В настоящее время разработаны различные типы интегральных ОЗУ довольно большой ёмкости. Запись информации в определённую ячейку таких ОЗУ и считывание этой информации производится при наборе на адресных входах ОЗУ кода адреса данной ячейки [2].

Регистры сдвига

Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике, и в частности для преобразования последовательного кода в параллельный или параллельного кода в последовательный. Появление импульса на тактовом входе регистра сдвига вызывает перемещение записанной в нём информации на один разряд вправо или влево.

Для построения регистра сдвига удобно применять D-триггеры. На рис. 6.2 показан регистр сдвига на тактируемых фронтом D-триггерах. Выход Q предыдущего разряда присоединяется по входу D последующего. Благодаря этому каждый тактовый импульс устанавливает последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий, осуществляя тем самым сдвиг информации на разряд вправо.

Рис.6.2. Регистр сдвига на тактируемых фронтом D-триггерах

Вход D первого разряда служит для приёма в регистр информации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. Запись параллельного кода информации может быть произведена через не тактируемые установочные входы триггеров регистра. С выхода Q последнего триггера снимается последовательный выходной код. Код на этом выходе регистра появляется с задержкой относительно входного последовательного кода на число периодов тактовых импульсов, равное числу разрядов регистра.

Возможно выполнение регистра сдвига на JK-триггерах (рис. 6.3). В этом случае на входы J и K следующего разряда подаются прямой и инверсный сигналы с выходов последующего.

Рис. 6.3.Регистр сдвига на JK-триггерах

На рис. 6.4 показана схема четырёхразрядного регистра сдвига К155ИР1. Выводы микросхемы имеют следующее функциональное назначение: 1 – информационный вход для последовательного ввода информации; 2, 3, 4, 5 – входы для параллельного ввода первого-четвертого разряда информации; 6 – вход выбора режима ввода информации; 8, 9 – входы синхронизации; 10, 11, 12, 13 – выходы для вывода четвертого-первого разрядов информации.

Будем обозначать сигналы на входах и выходах этой микросхемы буквой Н с цифровым индексом, соответствующим номеру вывода ИС. Если на входе Н₆=0, а на входе Н₉ подаются тактовые импульсы, то при отрицательном перепаде этих синхроимпульсов регистр будет осуществлять последовательный сдвиг информации вправо. При этом на вход 1 будет подаваться информации для последовательного ввода. Если требуется произвести параллельную запись информации в триггеры регистра, то эту информацию следует подвести ко входам 2, 3, 4, 5, установить Н₆=1 и подать хотя бы один тактовый импульс на вход 8.

Рис. 6.4. Четырехразрядный универсальный регистр сдвига К155ИР1

Иногда требуется производить в регистре сдвиг информации как вправо, так и влево. Подобные реверсивные регистры сдвига строят путём применения логических коммутаторов в цепях связи между триггерами. При использовании ИС типа К155ИР1 (рис.6.4) в режиме реверсивного регистра сдвига необходимо попарно соединить выходы 2 и 12, 3 и 11, 4 и 10. В этом случае логические элементы И-ИЛИ, расположенные в нижней части рис. 6.4, будут выполнять роль логических коммутаторов. Для сдвига информации влево надо перевести регистр в параллельный режим, подав на вход 1 напряжение высокого уровня. Если же Н₆=1, то входы данного триггера соединены с выходами последующего.

Таким образом, при Н₆=0 и наличии тактовых импульсов на входе 9 информация будет сдвигаться вправо, а при Н₆=1 тактовые импульсы на входе 8 будут сдвигать информацию влево [2].