1.3.4. Регистры

Электронную схему, выполняющую операции над одним машинным словом, называют узлом ЭВМ.

Регистр - это узел ЭВМ, который состоит из системы запомина­ющих элементов и управляющей этой системой логической схемы и предназначен для выполнения следующих операций:

1) сброс регистра в ноль;

2) прием n-разрядного кода числа из другого узла ЭВМ;

3) передача кода числа в другой узел;

4) хранение кода числа;

5) преобразование прямого кода числа в обратный или дополни­тельный и наоборот;

6) сдвиг влево или вправо кода числа на требуемое число раз­рядов;

7) преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот;

8) поразрядное логическое сложение двух чисел;

9) поразрядное логическое умножение двух чисел;

10) поразрядное сложение двух чисел по модулю 2.

Конкретные регистры обычно являются специализированными и реализуют лишь некоторые из перечисленных операций.

Классификация регистров

По возможности смещения информации различают сдвигающие ре­гистры и регистры памяти (регистры без сдвига).

По количеству тактов управления, необходимых для записи ин­формации, различают однотактные регистры (с приемом информации в парафазном коде), двухтактные (со сбросом перед записью информа­ции) и многотактные (сдвигающие) регистры.

Сдвигающие регистры классифицируются по способу приема и пе­редачи информации:

а) последовательные (прием и передача кода слова производят­ся последовательно, разряд за разрядом);

б) параллельные (с одновременным приемом или передачей кодов всех разрядов слова);

в) последовательно параллельные (прием и передача слова про­изводятся группами по несколько разрядов, например, байтами).

Рассмотрим в качестве примера структуру четырехразрядного запоминающего регистра (рис. 1.1, а), работающего в парафазном коде. Изображение данного регистра на принципиальной схеме показано на рис. 1.1, б.

Регистры сдвига строятся на базе двухтактных триггеров RS, D или JK. Рассмотрим в качестве примера реверсивный сдвигающий ре­гистр (рис. 1.2), построенный на базе D-триггеров с коммутаторами на базе логических элементов И-ИЛИ-НЕ:

а) б)

Рис. 1.1. Структура и обозначение четырехразрядного запоминающего регистра

Рис. 1.2.

Обозначения, используемые в схеме реверсивного сдвигающего ре­гистра (рис. 1.2):

D1-Dn - информационные входы;

Q1-Qn - информационные выходы;

C - вход синхронизации;

R - вход сброса;

V - разрешение записи информации (параллельного кода);

DR - сдвиг вправо;

DL - сдвиг влево;

На принципиальной схеме данный регистр изображается следую­щим образом:

1.3.5. Счетчики

Счетчиком называется схема, выполняющая функции подсчета ко­личества единичных сигналов, поступивших на ее вход, а также функции формирования и запоминания некоторого кода, соответствую­щего этому количеству. Счетчики также иногда могут выполнять функции приема и выдачи кода.

Схемы счетчиков можно классифицировать по следующим призна­кам:

1) Основание системы счисления. В вычислительных системах используются двоичные и десятичные счетчики. Двоичные счетчики в свою очередь подразделяются на счетчики с модулем пересчета, рав­ным 2ⁿ, и модулем пересчета, не равным 2ⁿ, где n - разрядность счетчика.

2) Направление переходов счетчика. Счетчики принято разде­лять на простые (суммирующие или вычитающие), которые могут вести счет только в одном направлении, то есть только прибавлять или вычитать входные сигналы, и реверсивные, которые в зависимости от управляющих сигналов могут вести счет в прямом или обратном нап­равлениях.

3) Способ построения цепей переноса. Различают счетчики с последовательным, сквозным, параллельным и групповым переносом.

4) Способ организации счета. Счетчики могут быть асинхронны­ми и синхронными. В асинхронных счетчиках изменение состояния счетчика осуществляется с поступлением информации только на вход первого каскада. В синхронных счетчиках информационный сигнал поступает одновременно на синхронные входы всех разрядов.

5) Тип элементов, используемых для построения счетчика. Раз­личают счетчики на импульсных, импульсно-потенциальных и потенци­альных элементах. Хотя в современной электронной аппаратуре ис­пользуются все эти три типа, в дальнейшем мы будем рассматривать только счетчики на потенциальных элементах, так как это основной тип счетчиков, используемых в ЭВМ.

6) Тип организации счетного элемента. Счетчики могут быть построены на триггерах со счетным входом и на запоминающих эле­ментах с использованием логических суммирующих схем.

Особую группу составляют счетчики, работающие по принципу циклического сдвигающего регистра (кольцевые счетчики). Данные счетчики отличаются низкой устойчивостью к помехам и сбоям и в ЭВМ практически не применяются.