Регистры

Содержание главы:

Элементарной ячейкой электронной памяти является триггер, способный сохранять 1 бит записанной в нем информации. Регистром называется устройство из триггеров, предназначенное для записи, хранения и выдачи информации. Каждый разряд двоичного числа записывается в своем триггере, поэтому число триггеров в регистре определяет разрядность записываемого числа. Наиболее распространенным видом регистров являются регистры сдвига.

Регистры сдвига.. Регистром сдвига называют цифровую схему, состоящую из последовательно включенных триггеров, содержимое которых можно сдвигать на один разряд влево или вправо подачей тактовых импульсов. Регистры сдвига широко применяются в цифровой вычислительной технике для преобразования последовательного кода в параллельный или параллельного в последовательный, а также при построении арифметическо-логических устройств. Составляется регистр сдвига из соединенных последовательно триггеров, в которые записываются разряды обрабатываемого кода. При наличии разрешающих сигналов импульс, приходящий на тактовый вход регистра, вызывает перемещение записанной информации на один разряд влево или вправо. На рис. 1 приведена структурная схема регистра сдвига на синхронных JK-триггерах.


Рисунок 1. Регистр сдвига на JK - триггерах.

Рассмотрим действие регистра при записи в него числа 0011, начиная с правого - младшего - разряда. До записи числа все триггеры устанавливают в нулевое состояние. Затем на вход схемы подается серия импульсов, соответствующая записываемому числу, а на вход С подаются тактовые импульсы. Сначала на вход поступает импульс, соответствующий первому из записываемых разрядов. В конце тактового импульса он дает Q3 = 1 на выходе левого триггера. В конце следующего тактового импульса информационный импульс продвигается на выход следующего триггера и т. д. Одновременно продвигаются вправо и другие цифры записываемого числа. После прихода четырех тактовых импульсов все число оказывается записанным в четырех триггерах, причем старший разряд числа записи в левом триггере, а младший - в правом. Чтобы записанная информация сохранилась, дальнейший сдвиг прекращается. Это осуществляется прекращением подачи тактовых импульсов. Описанный регистр называется регистром сдвига с последовательным приемом информации. Выдача информации у него может быть как параллельной, так и последовательной. При параллельной выдаче информация снимается одновременно с выходов всех триггеров. Последовательная выдача осуществляется с выхода Q0 при последующих тактовых импульсах. Параллельный прием информации может быть осуществлен подачей ее на выводы предустановки. Мы рассмотрели работу простейшего регистра, осуществляющего сдвиг в одну сторону. Существуют реверсивные регистры сдвига, переключаемые на сдвиг вправо и влево. Если 0 и 1 в регистре трактовать как двоичную запись числа, то сдвиг в одну сторону соответствует делению на 2, а в другую - умножению на 2. Как известно, умножение двух десятичных чисел "столбиком" соответствует сложению частных произведений, сдвинутых поразрядно влево. Аналогично столбиком перемножаются и двоичные числа, но эта операция выполняется проще, так как частные произведения получаются умножением единиц и нулей умножаемого числа на единицы и нули множителя. Следовательно, умножение сводится к операции сложения сдвинутых поразрядно двоичных чисел. Аналогично осуществляется и деление двоичных чисел.

Содержание.

Регистр К155ИР1.. Схемотехнику регистров сдвига рассмотрим на примере регистра К155ИР1, упрощенная функциональная схема и условное обозначение которого показаны на рис. 2.


Рисунок 2. Схема (a) и обозначение (б) регистра сдвига К155ИР1.

Этот регистр содержит четыре тактируемых фронтом D-триггера, соединенных последовательно с помощью ячеек И-ИЛИ. Если на вход V (вывод 6) регистра подан потенциал "нуль", то выход каждого предыдущего триггера оказывается соединенным через ячейку И-ИЛИ со входом D последующего. При этом импульсы, приходящие на тактовый вход C2, будут каждый раз устанавливать последующий триггер в состояние, в котором до этого находился предыдущий. Таким образом осуществляется сдвиг информации вправо. Вход I регистра, связанный со входом D первого триггера, служит для приема информации в виде последовательного кода. С каждым тактовым импульсом на этот вход должен подаваться код нового разряда входной информации. После приема четырех разрядов последовательного кода соответствующий параллельный код может быть получен с выходов триггеров Q1-Q4. Запись параллельного кода в регистр идет по входам D1-D4 при подаче потенциала "I" на вход V и тактового импульса на вход C1. Устанавливая затем V=0 и подавая тактовые импульсы на вход С2, мы обеспечим сдвиг записанного кода. При этом с выхода Q4 последнего триггера снимается последовательный выходной код. Иногда требуется производить в регистре сдвиг информации как вправо, так и влево. В рассматриваемом устройстве (рис. 2) такая возможность появляется, если попарно соединить выводы Q4 и D3, Q3 и D2, Q2 и D1. Вход V в этом случае будет играть роль переключателя направления сдвига: если V=1, то тактовые импульсы С1 сдвигают информацию влево, а вход D4 служит для приема последовательного кода; если же V=0, то, как указывалось выше, импульсы С2 будут сдвигать информацию вправо.

 

Содержание.

Регистры FIFO.. Регистры FIFO ("первый на входе-первый на выходе") используются в основном в системах с асинхронной связью между элементами схемы, обменивающимися между собой. Пример: связь с устройством, инерционность которого не допускает одновременной работы с быстродействующей ЭВМ. Решить эту проблему позволяют регистры прямого кода. Поступающая от ЭВМ информация вводится в сдвиговый регистр прямого кода FIFO, после чего в требуемом темпе под упраавлением коммутатора выводится и в виде последовательных кодовых посылок передается по линии связи.

Регистры LIFO.. Так называются реггистры стекового типа с обратным порядком обработки информации ("последний на входе - первый на выходе"). Этот специальный тип регистров применяется в вычислительной технике для кратковременного хранения неадресованной информации. В микропроцессорной технике регистры такого типа называются стеками, которые, как и регистры FIFO, выдают сигналы-индикаторы состояния ("флаги"). Флаг всегда указывает на последний по порядку разряд в стеке. В микропроцессорах регистры-стеки также используются для кратковременного хранения информации, поочередно участвующей в операциях переходов. Они же запоминают и обратный адрес, по которому на последующих этапах обработки может совершаться переход к начальной программе. Кроме того, существует еще специальные команды, оперирующие с парами регистров, позволяющими ввести в стек неадресованные данные и потом вызывать их. Эти команды записываются в виде POP и PUSH. Обычно в ОЗУ вычислительных машин резервируется место для размещения регистра-стека. Однако указатель стека находится в микропроцессоре.

Содержание.
test