Регистры
Регистр – устройство, предназначенное для приема, хранения и выдачи двоичных слов (чисел), а также для выполнения над двоичными словами некоторых преобразований.
Основой регистров являются запоминающие элементы – триггеры, каждый из которых предназначен для хранения чисел определенного разряда двоичного числа. Следовательно, регистр, предназначенный для хранения n-разрядного числа, должен иметь n триггеров.
Кроме хранения, регистр может осуществлять некоторые другие функции: 1) сдвиг хранимого в регистре числа на определенное число разрядов влево и вправо; 2) преобразование чисел из последовательной формы (при которой оно передается последовательно разряд за разрядом) в параллельную (с передачей всех разрядов одновременно); 3) преобразование из параллельной формы представления числа в последовательную; 4) логическое сложение и умножение.
В зависимость от формы представления числа (параллельной или последовательной), выполненной при его вводе в регистр, различают регистры параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.
В параллельный регистр, предназначенная для хранения цифра подается одновременно всеми разрядами, это значит в параллельной форме.
Ввод числа в последовательный регистр осуществляется путем последовательной во времени подачи цифр отдельных разрядов (обычно начинают с цифры младшего разряда), это значит в последовательной форме.
Рассмотрим регистр (рис. 31) выполненный на основе D-триггеров и логических элементах И-НЕ.
Рис. 31. Схема регистра, выполненного на основе D-триггеров и логических элементах И-НЕ.
Сигналы, что поступают на вход , не могут установить соответствующие триггеры в положение 0, поэтому перед приемом цифры все триггеры обнуляются. Для этого на все входы , объединенные между собой, кратковременно подается уровень логического 0. Управление записью осуществляется логическими элементами И-НЕ потому, что в D-триггерах установочные входы инверсные. Если на входе (A, B, C или D) элемента И-НЕ находится сигнал логической 1 и уровень логической 1 на другой вход элемента подается нажатием кнопки, элемент И-НЕ переключает триггер регистра в положение 0. Таким образом, при поступлении уровня логической 1 на вход С входные логические элементы пропускают двоичное число Xn, … , X2, X1, которое установлено на входах A, B, C, D, на входы триггеров. В соответствии с кодом каждый триггер будет переключен в состояние 1, или останется в состоянии 0. Записанное в регистр число может храниться до тех пор, пока не поступит следующий уровень 0 на вход . Записанное число в параллельном коде отражают прямые выходы Q1, Q2, Q3, Q4 триггеров регистра.
Регистр сдвига вправо. Рассмотрим работу регистра сдвига на примере регистра, схема которого приведена на рис. 31.
Если в регистре сдвига вправо выход триггера DD3.2 соединить с входом D триггера DD2.1, получится кольцевой регистр сдвига вправо. Каждый такой импульс на входе сдвига вправо не только перемещает число, которое записано в регистр, вправо, но и цифра, записанная в триггер младшего разряда, переносится в триггер старшего разряда. Благодаря этому, при непрерывном поступлении тактовых импульсов записанное число в регистр будет циркулировать, это значит записанное число не теряется и количество нулей и единиц остается неизменным.
Регистр сдвига влево. Рассмотрим работу регистра сдвига влево на примере регистра, схема которого приведена на рис. 32.
Рис. 32. Схема регистра сдвига влево, выполненного на основе D-триггеров и логических элементах И-НЕ.
Последовательный регистр представляет собой регистр сдвига, в котором многоразрядное двоичное число вводится последовательно цифра за цифрой через один из его крайних разрядов.
Таким образом, представленный регистр сдвига может выполнять функции последовательного регистра. Так при подаче каждого следующего импульса на вход сдвига влево на вход D-триггера необходимо по очереди подавать уровни, соответствующие записываемому числу, начиная с младшего разряда (вводить регистр числа в последовательной форме).
Например, в 4-разрядный регистр должно быть записано последовательно число 1011. Подадим на вход последовательного входа D цифру младшего разряда – 1. Если регистр предварительно обнулен, то после поступления тактового импульса в регистр будет записано число 1000, т. к. триггер старшего разряда примет положение 1, остальные останутся в положении 0. Подадим на вход цифру следующего разряда – 1. После поступления тактового импульса в триггер будет записано число 1100. После подачи цифры следующего разряда – 0 и очередного тактового импульса в регистре будет находиться число 0100. После поступления на вход регистра цифры старшего разряда – 1 и последнего тактового импульса в регистре окажется число 1011, это значит, поданный на вход в последовательном коде число окажется зафиксированным в регистре.
Аналогичный ввод можно осуществить в триггеры по схеме на рис. 32, но в этом случае ввод числа начинается с цифры старшего разряда и выполняется через триггер младшего разряда (DD3.2).
Параллельно-последовательный регистр используется, например, для преобразования параллельной формы кода в последовательную и наоборот. Преобразование параллельной формы кода в последовательную может выполнять регистр сдвига, который имеет триггеры с нетактовыми входами и для записи цифры в параллельном коде (регистр, выполненный по схеме на рис. 31 или 32).
При использовании регистра сдвига вправо (рис. 31) число записывается в регистр в параллельном коде, и с подачей импульса сдвига на вход С последовательно разряд за разрядом появляются цифры числа в последовательном коде на выходе триггера младшего разряда (DD3.2).
При преобразовании последовательного кода в параллельный цифра вводится в регистр разряд за разрядом в последовательном, а снимаются в параллельном коде одновременно с выходов всех триггеров (Q1, Q2, Q3, Q4).
Интегральный универсальный регистр (К155ИР1) – представлен на рис. 33.
Рис. 33. Интегральный универсальный регистр К155ИР1
Назначение выводов микросхемы следующее:
V1 – вход последовательного кода информации;
V2 – выбор режима (последовательный или параллельный): если на входе уровень логической 1 – разрешена запись в параллельном коде, если уровень логического 0 – разрешена запись в последовательном коде;
D1, …, D8 – информационные входы параллельного приема (D1 – младший разряд);
C2 – вход тактовых импульсов параллельной записи (запись осуществляется при отрицательном перепаде импульса);
C1 – вход тактовых импульсов последовательной записи (сдвиг осуществляется при отрицательном перепаде импульса).
Рассмотрим режимы работы регистра.
Для параллельной записи на вход V2 подают уровень логической 1, на входы D1, …, D8 подают записываемое двоичное число, а на вход C2 – тактовый импульс параллельной записи.
Для последовательной записи (сдвиг влево) на вход V2 подается уровень логического 0, на вход V1 – двоичное число в последовательном коде, начиная со старшего разряда. После установки на входе V1 каждой очередной цифры числа, на вход С1 подается тактовый импульс.
Для создания кольцевого регистра сдвига влево выход 8 соединяют с входом последовательного ввода V1, а на вход V2 подается уровень логической 1. При этом осуществится запись числа в параллельном коде с входов D1, …, D8. Затем на вход V2 подают уровень логического 0, и, при поступлении тактового импульса на вход С1, записанное число циркулирует в регистре.
Для осуществления сдвига вправо на вход выбора режима V2 подается напряжение уровня логической 1, которое блокирует доступ тактовых импульсов для сдвига влево. Затем выход 8 соединяют со входом D4, 4 с D2, 2 с D1. Входом последовательного кода в этом случае служит вход D8 старшего разряда.