74. Регистры для хранения данных: назначение, принципы построения, разновидности, особенности использования.

Регистр – линейка триггеров, способная хранить многоразрядное двоичное слово. Регистр - это микроэлектронное устройство, предназначенное для хранения и преобразования информации, представленной в двоичной форме. Информация представляется двоичными последовательностями (сигналов) в виде «слов» определенной длины. Слова могут иметь длину кратную 4 битам, т.е. 4, 8, 12, 16 и т.д. Чтобы регистр мог «запомнить» слово информации, он должен состоять из соответствующего числа ячеек, каждая из которых должна иметь два устойчивых состояния: лог.0 и лог.1. Эти состояния должны сохраняться сколь угодно долго, но могут быть изменены в любой момент времени.

В качестве ячеек обычно используются синхронные D - триггеры, состояние которых отображает слово информации, а каждый триггер хранит 1 бит информации и соответствует одному разряду слова.

В зависимости от наличия и характера связей между ячейками различают: 1) регистры хранения информации; 2) сдвиговые регистры и 3) регистры специального назначения. Входные и выходные данные КЦ обычно представляют собой многоразрядные двоичные слова. Элемент памяти (ЭП) это просто «линейка» триггеров того или иного типа. Такую линейку называют термином регистр. Длительность активного (разрешающего) уровня сигнала синхронизации определяется временем фиксации выходных данных комбинационных цепей (КЦ) в ЭП (т.е. в регистре). Эта длительность зависит от типа и быстродействия элементов, на которых построены триггеры регистра, а также от их структуры.

Триггер может хранить только один двоичный разряд. Од­нако часто возникает необходимость хранить группу битов — гак называемое двоичное слово — скажем, из 8 бит (1 байта). Для хранения восьми битов можно использовать во­семь триггеров. На рис. 4.21 показаны восемь D-триггеров, организованных в 8-разрядный регистр. Регистры широко используются в компьютерах для хранения двоичных чисел.

Регистры, предназначенные для хранения информации могут работать в двух режимах - записи и хранения информации. При записи «содержимое» ячеек изменяется на новое: в соответствии со значением разрядов входного слова информации. В режиме хранения состояние («содержимое») ячеек регистра остается неизменным пока сохраняется этот режим. Причем во время хранения регистр как бы становится «нечувствительным» к изменению входных информационных сигналов. Регистры сдвига (сдвиговые регистры) могут работать в трех режимах: 1) записи; 2) хранения и 3) сдвига (последовательной выдачи) информации. Регистры различают по типу ввода (загрузки, приёма) и вывода (выгрузки, выдачи) информации: с последовательным вводом и выводом информации, с параллельным вводом и выводом информации, с параллельным вводом и последовательным выводом, с последовательным вводом и параллельным выводом. Регистры — самые распространенные узлы цифровых устройств. Они опе­рируют с множеством связанных переменных, составляющих слово. Над словами выполняется ряд операций: прием, выдача, хранение, сдвиг в раз­рядной сетке, поразрядные логические операции. Регистры состоят из разрядных схем, в которых имеются триггеры и, чаще всего, также и логические элементы. По количеству линий передачи переменных регистры делятся на однофаз­ные и парафазные, по системе синхронизации на однотактные, двухтактные и многотактные. Однако главным классификационным признаком является способ приема и выдачи данных. По этому признаку различают параллель­ные (статические) регистры, последовательные (сдвигающие) и параллельно- последовательные.

В параллельных регистрах прием и выдача слов производятся по всем раз­рядам одновременно. В них хранятся слова, которые могут быть подвергну­ты поразрядным логическим преобразованиям. В последовательных регистрах слова принимаются и выдаются разряд за разрядом. Их называют сдвигающими, т. к. тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их в разрядной сетке. Сдвигающий регистр мо­жет быть нереверсивным (с однонаправленным сдвигом) или реверсивным (с возможностью сдвига в обоих направлениях). Последовательно-параллельные регистры имеют входы/выходы одновре­менно последовательного и параллельного типа. Кроме того, существуют варианты с последовательным входом и параллельным выходом, параллельным входом и последовательным выходом (PISO), а также варианты с возможностью любого сочетания способов приема и выдачи слов.