2.8 Регистры
(Автор Белов А. В. http://www.mirmk.net/content/view/28/28/)
Регистры в цифровой и микропроцессорной технике - это устройства хранения информации. Любая информация в микропроцессорной технике кодируется и хранится в виде двоичного числа. Двоичное число состоит из некоторого количества двоичных разрядов. Регистр должен обеспечить возможность записи и хранения на протяжении всего времени работы микропроцессорной системы, всех разрядов двоичного числа. А так же возможность считывания значений всех разрядов в любое время. Регистры бывают параллельные и последовательные.
На рисунке изображена схема простейшего четырех разрядного параллельного регистра и его условное обозначение на схеме.
Рисунок 2.26 - Схема регистра на D триггерах
Рисунок 2.27 - Условно графическое обозначение
Как мы видим, регистр построен на основе четырех D-триггеров входы синхронизации, которых соединены вместе. На входы данных (D0 - D3) поступает двоичное число, которое необходимо записать в регистр. На вход С схемы подается тактовый сигнал. По заднему фронту сигнала двоичное число запишется в регистр. Каждый разряд запишется в свой D-триггер и тут же появится на выходах регистра (Q0 - Q3). Вход R служит для начального сброса всех триггеров регистра (то есть перевода в нулевое состояние).
Рассмотрим схему внутреннего устройства и условное обозначение простейшего последовательного четырех разрядного регистра:
Рисунок 2.28 - Схема последовательного регистра (треугольные входы убрать)
Рисунок 2.29 - Условно графическое обозначение последовательного регистра.
Этот регистр так же построен на основе D-триггеров. Однако триггеры в этой схеме соединены по-другому. Выход одного триггера подключен к входу последующего. Схема имеет один информационный вход. На этот вход последовательно, разряд за разрядом, подается двоичное число. Для каждого очередного двоичного разряда, на вход синхронизации (С) подается тактовый импульс. По заднему фронту этого импульса очередной разряд числа записывается в младший разряд сдвигового регистра (выход Q0). Одновременно старое содержимое всего регистра сдвигается на один разряд в сторону старших разрядов. Так старое содержимое Q0 записывается в следующий по очереди D-триггер (выход Q1). Содержимое Q1 переписывается в Q2. А разряд Q2 переписывается в Q3. Содержимое последнего триггера в цепочке никуда не переписывается и просто теряется. В результате входное четырехразрядное число, после четырех тактов записи последовательно записывается в регистр. Этот процесс поясняет таблица__
Вход R так же, как и в предыдущем случае, предназначен для начального сброса всех триггеров регистра в нулевое состояние.
Таблица__ Запись цифры A в шестнадцатеричной или числа 10 в десятичной системе счисления в четырехразрядный последовательный регистр.
|
№ Т.И. |
DI |
R |
Q0 |
Q1 |
Q2 |
Q3 |
|
1 |
X |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
4 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Основное применение последовательного регистра - преобразование последовательного кода в параллельный. Например, клавиатура компьютера соединена с компьютером по последовательному каналу. Специализированный процессор, который стоит в клавиатуре, передает коды нажатых клавиш всего по одному проводу, последовательно, бит за битом. Этот провод называется - линия данных. При этом по второму проводу, который называется линией синхронизации, он передает тактовые импульсы. На каждый бит данных по одному синхроимпульсу.
На материнской плате компьютера находится схема, принимающая этот код. Ее основу составляет последовательный регистр. Линия данных подключается к входу DI регистра, а линия синхронизации к входу C.
Помимо D триггеров регистры могут строиться также и на других видах триггеров. Рассмотрим структуру 3-х разрядного кольцевого регистра со сдвигом и параллельной загрузкой на JK – триггерах.
Рисунок 2.30 - 3-х разрядный кольцевой регистр сдвига на JK триггерах.
Назначение выводов регистра:
Входы А, В, С – это входы предварительной асинхронной установки регистра.
Вход «Сдвиг» - При подаче тактового импульса на этот вход данные в регистре сдвига сдвигаются на 1 разряд вправо. То есть данные из регистра Т1 поступают в регистр Т2, из Т2 в Т3, из Т3 назад в Т1.
Вход «Сброс» - предназначен для сброса всех триггеров.
Выходы А, В, С – выходы триггеров.