10. Типовые последовательностные устройства
10.1 Регистры
10.1.1 Классификация
Регистры - триггерные устройства, предназначенные для хранения небольших объёмов информации и выполнения операций сдвига.
Занесение новой информации в регистр называется записью, а вывод информации - считыванием.
Для первоначальной установки всех триггеров в одинаковое состояние используется единый сигнал, а операция называется начальной установкой или сбросом.
Информация в регистре может сдвигаться при подаче специального сигнала на один или сразу несколько разрядов. Регистры с такой функцией называются сдвиговыми.
По способу записи и считывания различают регистры с параллельной и последователь-ной записью и считыванием соответственно. Можно образовать 4 разновидности таких регистров, комбинируя разные способы записи и считывания. Способа записи и считывания могут совмещаться.
Регистр сдвига может осуществлять сдвиг влево, вправо или быть реверсивным. Обычно регистр теряет информацию, выдвигаемую из него, но может иметь и кольцевую структуру. При этом вход последовательной записи соединяется с последовательным выходом регистра.
Входные и выходные сигналы могут быть однофазными и парафазными.
По способу синхронизации записи регистры делятся: на синхронизируемые уровнем (регистр защёлка) и синхронизируемы фронтом сигнала.
Сдвиговые регистры синхронизируются фронтом в случае единственного синхронизирующего сигнала. Возможно построение регистров с многофазной синхронизацией уровнем.
Существуют регистры, выполняющие много функций, их называют комбинированными или многорежимными ( многорежимный буферный регистр серии К589ИР12).
Синтез регистров
Синтез регистров достаточно прост, т.к. регистр представляет собой совокупность одинаковых разрядных блоков. В свою очередь разрядный блок включает в себя триггер (триггеры при многофазной синхронизации) и несложную комбинационную схему.
Выполним синтез одного разряда реверсивного счётчика на основе D-триггера. Сдвиг осуществляется на один разряд. Синтез осуществим словарным методом.
Структурную схему некоторого среднего звена регистра можно представить следующим
образом.
При А=0 сдвиг вправо
При А=1 сдвиг влево.
С – сигнал синхронизации.
При
А = 0 ,
;
;
При С=1
При A = 1 ,
;
;
Если С = 0, то состояния не изменяются.
Таблица состояний среднего разряда.
-
N
A
F
D
0
1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
4
5
6
7
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
8
9
10
11
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
12
13
14
15
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
Здесь F – функция переходов; D –вход i –го разряда. Хотя формально количество входных переменных 4, можно видеть, что функция возбуждения D-входа триггера не зависит от предыдущего состояния триггера.
Составим карту Карно и произведём с ее помощью минимизацию функции возбуждения.
-
D
AQi-1
Qi+1
00
01
11
10
0
0
1
0
0
1
0
1
1
1
или через СКНФ
Приводя к базису И-ИЛИ-НЕ, будем иметь:
Структурная схема одного разряда регистра приведена ниже.
Более просты структурно регистры хранения и регистры с односторонним сдвигом информации.
В случае регистра хранения синхронизация может осуществляться как фронтом, так и уровнем. Для сдвигового регистра обязательно применять триггеры тактируемые фронтом, двухступенчатые или с многофазной синхронизацией.
Регистр хранения на D триггерах.
Регистр сдвига с последовательной записью и комбинированным выходом на D-триггерах, синхронизируемых фронтом.
Двухтактный регистр сдвига на D триггерах с синхронизацией уровнем.
Применение регистров
Регистры в вычислительной технике могут использоваться:
в качестве регистров временного хранения результатов операций (буферные);
для выполнения cдвигов при умножении и делении и прочих операциях;
в качестве преобразователей информации из параллельной формы в последовательную и обратно, что необходимо при создании простых линий связи ( ИРПС – RS232 и т.п. );
в качестве генераторов кодов в управляющих устройствах (при этом часто регистр закольцовывается).
Основные параметры
Регистры изготавливаются в виде СИС.
Статистические параметры их те же, что и у элементов соответствующей серии, т.е. уровни логического нуля и единицы, нагрузочная способность, входные токи, потребляемая мощность или ток.
К динамическим характеристикам относятся времена распространения от различных входов до выходов. Это время установки в исходное состояние, отсчитываемое от момента подачи сигнала R до установления выходного кода. Время распространения при записи информации. Часто задаётся максимальная частота синхронизирующих импульсов. Она определяется временем задержки сигнала в комбинационной цепи и временем срабатывания триггера.