Регистры общие положения

Регистрами называются устройства, выполняющие функции приема, хранения, передачи и преобразования информации. Регистры – самые распространенные узлы цифровых устройств. Информация в регистре хранится в виде двоичного кода. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. Каждому разряду числа, записанного в регистр, соответствует свой разряд регистра, выполненного, как правило, на основе D-триггера.

Над словами выполняется ряд операций: прием, выдача, хранение, сдвиг в разрядной сетке, поразрядные логические операции, преобразование информации из одного вида в другой (последовательного кода в параллельный и наоборот)

Основным классификационным признаком, по которому различают регистры, является способ записи информации или кода в регистр. По этому признаку можно выделить регистры трех типов: параллельные, последовательные и параллельно-последовательные.

В параллельные регистры запись числа осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды одновременно. Последовательные регистры характеризуются последовательной записью кода числа, начиная с младшего или старшего разряда, путем сдвига кода тактирующими импульсами. Регистры параллельно-последовательного типа имеют входы как для параллельной, так и для последовательной записи числа.

По назначению регистры подразделяются на накопительные (регистры памяти, хранения) и сдвигающие.

В свою очередь сдвигающие регистры делятся: по способу ввода-вывода информации на параллельные, последовательные и комбинированные; по направлению передачи информации на однонаправленные и реверсивные регистры. Как правило, сдвигающие регистры выпускаются многофункциональными.

Основой построения регистров являются D-триггеры. Принцип построения простейшего параллельного n-разрядного регистра показан на рис. 25.1.

Рис. 25.1. Параллельный регистр 

В параллельном регистре цифры кода подаются на D-вход соответствующих триггеров. Запись осуществляется при подаче логической единицы на вход С. Код снимается с выходов Q. Па-раллельные регистры служат только для хранения информации в виде параллельного двоичного кода и для преобразования прямого кода в обратный и, наоборот.

Последовательные регистры, помимо хранения информации, способны преобразовывать последовательный код в парал-лельный и наоборот. При построении последовательных регистров триггеры соединяются последовательно путем подключения выхода Q i-го триггера к входу D i-го триггера, как это показано на рис. 25.2.

Рис. 25.2. Последовательный регистр

 В последовательных регистрах принципиально необходимо, чтобы новый сигнал на выходе Q n-го триггера возникал только после окончания синхросигнала. Для выполнения этого условия в последовательных регистрах необходимо применять двухступенчатые триггеры.

При действии каждого очередного тактового импульса код, содержащийся в регистре, сдвигается на один разряд. Для схемы, приведенной на рис. 25.2, сдвиг кода происходит вправо (в сторону младших разрядов). Действительно, сигнал выхода Q i+1-го триггера действует на вход D i-го триггера, а сигнал выхода Q i-го триггера действует на вход D i–1-го триггера. При действии синхросигнала i-й триггер примет состояние i+1-го, а i-й – состояние i-го триггера, т.е., произойдет сдвиг кода вправо на один разряд. 

Параллельный двоичный код одновременно снимается с выходов Q триггеров. Для сдвига кода влево необходимо, чтобы сигнал с выхода Q i–1-го триггера подавался на вход Q i-го (старшего) триггера.

Реверсивные регистры должны содержать логические схемы управления, обеспечивающие прохождение сигнала с выхода Q i-го триггера на вход D i–1-го триггера при сдвиге кода вправо и прохождение этого же сигнала на вход D i+1-го при реализации сдвига кода влево. Схема построения реверсивного регистра приведена на рис. 25.3.

Направление сдвига кода определяется подачей требуемых сигналов управления на соответствующие входы. Так, в схеме, показанной на рис. 25.3, при подаче на вход S0 напряжения логической единицы сдвиг кода будет происходить влево (в сторону старших разрядов), поскольку логическая схема управления 2И - 2И - 2ИЛИ будет разрешать прохождение сигналов с выходов Q i-го триггера на вход D i-го триггера, и наоборот, при подаче на вход S1 напряжения логической единицы будет разрешено прохождение сигнала с выхода Q i-го триггера на вход D i1-го триггера – будет реализовываться сдвиг кода вправо (в сторону младших разрядов).

Рис. 25.3. Реверсивный регистр 

Условно-графическое обозначение параллельного, сдвиго-вого и реверсивного регистров приведено на рис. 25.4.

Рис. 25.4. Условные графические обозначения регистров

Выводы микросхем, показанных на рис. 25.4, следующие:

  • - D1 – DN - входы D-триггеров соответствующих разрядов при записи информации в параллельном коде;
  • - Q1 – QN - прямые выходы Q-триггеров;
  • - С – вход тактовых импульсов;
  • - R – вход обнуления;
  • - S0, S1 – входы управления направлением сдвига;
  • - VR – вход последовательного кода при сдвиге вправо (R – от англ. Right), при сдвиге кода влево применяется обозначение VL (Left).

Основную массу регистров, применяемых на практике, представляют регистры сдвига, т.к. помимо операции хранения они могут осуществлять преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот, прямого кода – в обратный и наоборот, выполнять арифметические и логические операции, временную задержку и деление частоты.