Назначение, классификация и операции, выполняемые регистрами. Сдвигающие регистры, универсальные регистры.
Регистр — устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных данных и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченный набор триггеров, обычно D-, число n которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное[уточнить] цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.
Основой построения регистров являются: D-триггеры, RS-триггеры, JK-триггеры.
Регистры классифицируются[1] по следующим видам:
· накопительные (регистры памяти, хранения)[2][3];
· сдвигающие или сдвиговые[4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14].
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
· по способу ввода-вывода информации:
· параллельные: запись и считывание информации происходит одновременно на все входы и со всех выходов[15];
· последовательные: запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий — то же самое происходит и с остальными триггерами[16][17];
· комбинированные;
· по направлению передачи информации:
· однонаправленные;
· реверсивные[18][19].
Сдвигающие (последовательные) регистры
Последовательные (сдвигающие) регистры представляют собою цепочку разрядных схем, связанных цепями переноса. Основной режим работы — сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала. В однотактных регистрах со сдвигом на один разряд вправо слово сдвигается при поступлении тактового сигнала. Вход и выход последовательные (англ. Data Serial Right, DSR).
Согласно требованиям синхронизации в сдвигающих регистрах, не имеющих логических элементов в межразрядных связях, нельзя применять одноступенчатые триггеры, управляемые уровнем, поскольку некоторые триггеры могут за время действия разрешающего уровня синхросигнала переключиться неоднократно, что недопустимо. Появление в межразрядных связях логических элементов, и тем более, логических схем неединичной глубины упрощает выполнение условий работоспособности регистров и расширяет спектр типов триггеров, пригодных для этих схем. Многотактные сдвигающие регистры управляются несколькими синхропоследовательностями. Из их числа наиболее известны двухтактные с основным и дополнительным регистрами, построенными на простых одноступенчатых триггерах, управляемых уровнем. По такту С1 содержимое основного регистра переписывается в дополнительный, а по такту С2 возвращается в основной, но уже в соседние разряды, что соответствует сдвигу слова. По затратам оборудования и быстродействию этот вариант близок к однотактному регистру с двухступенчатыми триггерами.
Примеры:
· SN74ALS164 (КР1533ИР8) — восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой. Оснащён двумя входами, A и B, что позволяет заперев один из них (установив на нём низкий уровень напряжения по положительному фронту тактового импульса), осуществлять ввод данных в последовательном коде по другому входу.
· SN74ALS165 (КР1533ИР9), SN74ALS166 (КР1533ИР10) — восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной выгрузкой, работающий в двух режимах: параллельной загрузки и сдвига,
· SN74198 (КР155ИР13) — восьмиразрядный реверсивный сдвиговый регистр, имеющий четыре режима работы: параллельная загрузка, сдвиг влево, сдвиг вправо и блокировка.
· SN74LS295 (КР1533ИР16) — четырёхразрядный сдвиговый регистр с параллельной загрузкой и тремя состояниями выходов, имеющий три режима работы: параллельная загрузка, сдвиг влево и блокировка. На основе регистра может быть построен реверсивный сдвигающий регистр с последовательным вводом данных и режимами сдвига влево и вправо[20].
· 74HC595N (КР1564ИР52) — восьмиразрядный сдвиговый регистр с защелкой, имеющий возможность параллельного или последовательного объединения с тремя состояниями на выходе: высокий, низкий и высоко-импедансный.
Универсальные регистры
В сериях ИС и библиотеках БИС/СБИС программируемой логики имеется много вариантов регистров. Среди них есть многорежимные (многофункциональные) или универсальные, способные выполнять набор микроопераций. Так, например, универсальный регистр может обеспечивать параллельный прием и выдачу данных, сдвиг параллельно записанного слова влево или вправо, поразрядный ввод слова, как это осуществляется в регистрах сдвига, и выдачу этого слова на выход в параллельном коде, сброс всей записанной информации. Многорежимность достигается композицией в одной и той же схеме частей, необходимых для выполнения различных операций. Управляющие сигналы, задающие вид выполняемой операции, активизируют необходимые для этого части схемы. На рис. 3.37 показано условное обозначение типового универсального регистра. Входы D служат для параллельной записи восьмиразрядного слова данных, а выходы Q – для его выдачи. Возможна последовательная поразрядная загрузка слова со сдвигом всех разрядов влево или вправо. Через вход DSR осуществляется поразрядная загрузка слова через нулевой разряд со сдвигом всего записываемого слова в сторону старших разрядов. Вход DSL обеспечивает загрузку слова через седьмой разряд со сдвигом в сторону младших разрядов. Входы S0 и S, – управляющие. Вход S0 разрешает сдвиг влево, а вход S1 – вправо. Вход R обеспечивает асинхронный сброс всех разрядов регистра, т.е. его "обнуление", вход С – синхронизирующий. Выводы Ucc и GND служат для подключения к микросхеме напряжения питания.
Рис. 3.37. Универсальный регистр