Типы регистров

Регистром называется устройство, состоящее из нескольких триггеров и предназначенное для выполнения операций приёма, хранения и передачи информации. Наиболее распространены статические регистры. Каждому разряду слова, записанного в такой регистр, соответствует свой разряд регистра, выполненный на основе статического триггера. Разряды регистра нумеруются в порядке нумерации разрядов в слове. Из регистров слова обычно поступают на комбинационные логические схемы, где над ними производят логические операции. Результат операции, представляемый одним или несколькими словами, заносится в регистры результата.

Регистры делятся на параллельные, последовательные и параллельно-последовательные

Параллельный статический регистр представляет собой совокупность D-триггеров в соответствии с рисунком 3.52, имеющих общие сигналы управления и синхронизации и индивидуальные информационные входы для приёма разрядов записываемого в регистр слова. Каждый разряд регистра в общем случае может иметь несколько информационных входов соответственно числу источников информации, подключаемых к входу регистра. Процессы записи и считывания информации в параллельных регистрах обычно разделены во времени, что позволяет использовать в разрядах регистра простейшие триггерные схемы.

Рисунок 3.52 – Структурная схема параллельного регистра

Параллельные регистры могут строиться как по асинхронному, так и по синхронному принципу. В последнем случае тактирующие импульсы стробируют управляющие сигналы. Это позволяет повысить помехоустойчивость устройства, устраняя влияние ложных импульсов, возникающих в процессе формирования управляющих сигналов. Параллельные регистры предназначены для записи и хранения чисел в двоичном параллельном коде.

Последовательный регистр характеризуется последовательной записью слова, начиная с младшего или старшего разряда. Структурная схема последовательного регистра для сдвига от младшего разряда к старшему имеет вид в соответствии с рисунком 3.53.

Последовательные регистры обеспечивают последовательную запись кода двоичного числа. Для этого на информационные входы регистра последовательно подаются значения двоичных разрядов числа. Сдвигающие импульсы передают записанную информацию от разряда к разряду.

Рисунок 3.53 – Структурная схема регистра сдвига

Рассмотрим в качестве примера порядок записи числа 001. Запись числа производится согласно временным диаграммам, приведенными в соответствии с рисунком 3.54. При подаче напряжения высокого уровня на вход D триггера 1, он подготовлен к срабатыванию, и после первого тактового импульса Т он перейдёт в состояние логической единицы.

Рисунок 3.54 – К пояснению принципа работы регистра сдвига

Перед вторым тактовым импульсом на вход D триггера 1 подаётся напряжение низкого уровня, а на вход D триггера 2 -напряжение высокого уровня. После второго тактового импульса состояние триггеров станет 010. Третий тактовый импульс обеспечит перемещение логической единицы в триггер 3. Триггеры 1 и 2 будут в состоянии логического ноля. Запись числа закончена.

Поскольку каждый тактовый импульс сдвигает код числа в регистре на один разряд, то для записи N-разрядного кода требуется N тактовых импульсов

Сдвигающий регистр может использоваться как преобразователь параллельного кода в последовательный. В этом случае триггеры в исходном состоянии устанавливаются в положение, соответствующее параллельному коду. Последовательным выводом числа из регистра получают последовательный код. Обратное преобразование возможно путём снятия параллельного кода с выходов триггеров после ввода в регистр последовательного кода.

Если сдвиг осуществляется, как в сторону старших разрядов, так и в сторону младших, такие регистры называются реверсивными. Для включения режимов сдвига влево или вправо служат дополнительные логические схемы.

Параллельно-последовательный регистр имеет входы и выходы, как для параллельной, так и последовательной формы приёма и передачи слова. На основе таких регистров осуществляются операции преобразования последовательного кода в параллельный и наоборот.

На практике широкое распространение получили универсальные регистры, позволяющие реализовать все типы регистров. Универсальные регистры выпускаются в виде серийных микросхем и входят в состав практически всех серий ЦИМС. Возможности таких регистров можно рассмотреть на примере четырехразрядного универсального регистра К555ИР11, УГО которого имеет вид в соответствии с рисунком 3.55.

Рисунок 3.55 – УГО универсального регистра

Регистр К155ИР11 может выполнять целый ряд функций, поскольку снабжен несколькими входами выбора режимов: S0,S1,DR,DL. Если на входы выбора S0 и S1 поданы напряжения низкого уровня, код регистра сохраняется и задерживается. При напряжениях высокого уровня на этих входах регистра данные от параллельных входов D0-D3 будут загружены в регистр и появятся на выходах Q0-Q3 в момент последующего положительного перепада тактового импульса.

При напряжении низкого уровня на входе S1 и высокого на S0 код поступающий на вход последовательных данных DR сдвигается по регистру вправо (от Q0 к Q3). При обратном соотношении уровней на входах S1 и S0 код принимается последовательным входом DL и затем при каждом положитель- ном перепаде тактовых импульсов сдвигается влево, т.е. от Q3 к Q0.

Поскольку режимы хранения, загрузки и сдвига синхронные, следует фиксировать момент вводных команд управления режимами. Если на вход R подается напряжение низкого уровня, происходит сброс данных и на входах Q0-Q3 появляются напряжения низкого уровня.