Лекция7Лекция7.Регистры

1)Общие сведения2)Параллельные регистры3)Сдвигающие регистры4)Микро-схема регистр

Общие сведенияВ процессе обработки многоразрядных двоичных данных в цифровых устройствах возможны две формы представления информации: параллельная и последовательная. При представлении информации в параллельной форме на выходе устройства для каждого разряда имеется свой выход. Параллельная форма представления информации в виде 8-разядного двоичного кода 10101110 показана на рис

При работе цифровых устройств возможны случаи, когда двоичные данные, например, х7 х6 х5 х4 х3 х2 х1 х0 = 11001110 должны поступать поразрядно, начиная с младшего х0 или старшего х7 разряда Такая форма представления данных называется последовательной

РегистрыРегистром (от английского слова to register – регистрировать) называют цифровой узел, основным назначением которого является запись и временное хранение слова. Слово – это набор двоичных цифр, который в зависимости от назначения слова может быть двоичным числом, командой или набором символов. Помимо этого некоторые виды регистров могут выполнять над словами ряд операций, например: прием, выдача, сдвиг вправо или влево и преобразование слова из последовательной формы в параллельную и наоборот.Однако главным классификационным признаком регистров является способ приема и выдачи данных. По этому признаку различают параллельные, последовательные (сдвигающие) и параллельно-последовательные регистры. Ниже будет рассмотрена работа регистров со словами-числами.

Параллельные регистрыВ параллельных регистрах прием и выдача чисел производится по всем разрядам одновременно. На рис. 3 показана схема 4-разрядного параллельного регистра на D-триггерах. Каждый триггер служит для хранения одного разряда входного числа, например, х3 х2 х1 х0 = 1101.Перед записью числа на шину сброса R подается положительный импульс, устанавливающий все триггеры в нулевое состояние. Затем подлежащее хранению число подается на D-входы триггеров. При подаче на шину занесения С положительного импульса по его фронту (положительному перепаду напряжения) осуществляется запись числа 1101 в регистр В дальнейшем это число может сохраняться в регистре сколь угодно долго, если на шину С не поступают импульсы.Числа из регистра может выводиться с прямых выходов триггеров в прямом коде Q3 Q2 Q1 Q0 = х3 х2 х1 х0 =1101,а с инверсных выходов в обратном коде .0010QQQQ 01230123 xxxx

D T3

C

R

D T2

C

R

D T1

C

R

D T0

C

R

Q0Q1Q2Q3

Q0Q1Q2Q3

С

1 1 0 1

Четырехразрядный параллельный регистр

Условное обозначение микросхемы М530ИР19, представляющею собой 4-разрядный параллельный регистр на D-триггерах.

RGE

D0

D1

D2

D3

C

Q1

Q0

Q0

Q1

Q2

Q2

Q3

Q3

Когда на вход Е подано низкое напряжение ("0"), то данные со входов Di будут загружены в регистр при поступлении положительного перепада напряжения тактового импульса на вход С.Если на входе Е действует высокое напряжение ("1"), то данные в регистре остаются без изменения (входы Di и С не действуют).

Сдвигающие регистрыСдвигающие регистры предназначены для преобразования информации путем ее сдвига под воздействием тактовых импульсов. Схема четырехразрядного сдвигающего регистра со сдвигом вправо (от старшего разряда к младшему)

Вход регистра С, на который поступают импульсы сдвига, образован путем объединения С-входов триггеров, а вход сброса R (установки нуля) – объединением R-входов.Принцип работы сдвигающего регистра основан на том, что в любой момент времени на каждый из D-входов триггеров поступает бит информации. Так, на вход D триггера Т3 информация поступает в виде бита xi, на вход D триггера Т2 в виде бита Q3, на вход D триггера Т1 в виде бита Q2 и, наконец, на вход D триггера Т0 в виде бита Q1. Поэтому, если на вход R подано низкое напряжение, то по положительному перепаду импульса, поданного на шину С, в триггеры запишется новая информация вида xi Q3 Q2 Q1.

Изложенный алгоритм работы сдвигающего регистра в процессе формирования параллельного двоичного кода х3 х2 х1 х0. В исходном состоянии (на вход R подано низкое напряжение, к входу D триггера Т3 подведен бит информации х0, тактовые импульсы на шине сдвига С отсутствуют) в регистре храниться 4-разрядый код, определяемый уровнями напряжения на прямых выходах триггеров, т. е. Q3 Q2 Q1 Q0.

В процессе работы этого регистра происходит последовательное занесение старшего и последующих битов информации в регистр младшего разряда Т0, а из него в триггер Т1 и т.д. Информацию в параллельной форме, можно снять с прямых выходов или инверсных выходов триггеров Т3, Т2, Т1 и Т0.

Микросхемы регистрыВ сериях интегральных схем имеется много вариантов регистров (только в сериях ТТЛШ их около 30 и не менее десятка в сериях ЭСЛ и на КМДП-транзисторах). Регистры предназначены для преобразования информации из одного вида в другой (последовательного кода в параллельный или параллельного в последовательный), а также для выполнении некоторых логических операций, например поразрядного логического сложения и умножения, сдвига числа на несколько разрядов вправо или влево и т. д. По функциональному назначению они подразделяются на:параллельные (регистры памяти);последовательные (регистры сдвига);параллельно-последовательные (универсальные);специализированные регистры.Основой для построения регистров служат RS- и D-триггеры, в качестве вспомогательных элементов используются логические элементы. Ниже рас смотрим некоторые микросхемы указанных разновидностей регистров.

На входы регистров Do ... D5 и Do ... D3 поступают соответственно 6-разрядные и 4-разрядные параллельные коды данных. Входы EI разрешают или запрещают запись данных в регистры. Если на вход EI подано напряжение низ кого уровня, то данные со входов D, будут записаны в регистр. Когда на входе EI действует напряжение высокого уровня, то входы C и D, не действуют (дан ные в регистре не меняются).

Параллельные регистры. В сериях 530, М53О, Н530, КМ530, К531, КМ531, КР531 ТТЛ имеются микросхемы 6-разрядных (ИР 18) и 4-разрядных (ИР19) параллельных регистров

Последовательные регистры. В сериях 134, КР134, 533, Н533, 555, КМ555 ТТЛ имеется 8-разрядная микросхема ИР8, а в серии 1533 ТТЛ - 24-разрядная микросхема ИР31 последовательных регистров. В серии КР1554 на КМДГТ-транзисторах имеется микросхема ИР46, содержащие два четырехразрядных регистра со сдвигом вправо.

Последовательные регистры.

Особенность регистра ИР8 в том, что его информационные входы Dl, D2 объединены логикой 2И. Если на вход R подан низкий уровень напряжения, то на выходах QO ...Q7 установится напряжение низкого уровня независимо от значений сигналов на других входах. Когда на вход R подан высокий уровень напряжения, то разряды данных, равные произведениям D1-D2, передвигаются на один разряд вправо при поступлении каждого тактового импульса. Регистр ИР31 имеет информационный D и тактовый С входы. При поступ лении разрядов данных на вход они будут последовательно сдвигаться на один разряд вправо и поступать на параллельные выходы по положительному пере паду каждого тактового импульса.Принцип работы каждого из регистров ИР46 аналогичен работе регистра ИР31. Различие в том, что при поступлении на вход R низкого уровня напряжения на параллельных выходах Q0...Q3 установится напряжение низкого уровня.

Литература

1) Основы вычислительной техники: Учебное пособие/ Д.П. Гонтов, К.Г. Кречетников и др: Владивосток: ТОВВМУ, 1996.

2) Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

3) Калиш Г.Г. Основы вычислительной техники. Учеб. пособ. для средн. проф. учебных заведений. – М.: Высш. Шк., 2000.

4) Евреинов Э. В. Цифровая и вычислительная техника. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

5) Цифровые устройства и микропроцессоры. Сборник заданий для лабораторных работ/ А. А. Гайзюмов, Д. П. Гонтов, А. Н. Карелин и др.: Владивосток: ТОВМИ, 1999.