Регистр - последовательное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров, число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами. Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств.
Регистры классифицируются по следующим видам:
1. Параллельные или накопительные (регистры памяти, хранения);
2. Последовательные или сдвигающие.
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
-по способу ввода-вывода информация: параллельные; последовательные; комбинированные;
-по направлению передачи информации: однонаправленные; реверсивные.
Типичными являются следующие операции:
-прием слова в регистр;
-передача слова из регистра;
-поразрядные логические операции;
-сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов;
-преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
-установка регистра в начальное состояние (сброс).
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.
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 арифметико - 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 рисунке 1 приведена структурная схема регистра сдвига на синхронных JK-триггерах.
Рисунок 3 -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.
Схемотехнику регистров сдвига рассмотрим на примере регистра К155ИР1, упрощенная функциональная схема и условное обозначение которого показано на рисунке 4.
Рис. 4. Схема и обозначение 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.
Рисунок 5 - Принципиальная схема асинхронного регистра сдвига
Регистры и счетчики, в свою очередь, могут применяться для построения более сложных цифровых устройств: сумматоров, ОЗУ и ПЗУ (оперативных и постоянных запоминающих устройств), АЛУ (арифметическо-логических устройств), входящих в состав процессоров, и так далее, к все более сложным цифровым устройствам.
Контрольные вопросы.
1.Что обозначает на рисунке 5 вход С?
2.На каких элементах собрана схема на рисунке 4?
3.Что называют регистром сдвига?
4. Что из себя представляет регистр?
5.Из чего состоит десятичный счётчик?
6. Из чего состоит двоичный счётчик?
7.Что назывют счётчиком?
Источник:
1. https://masterkit.ru/blog/lessons/urok-8-4-triggery-registry-schetchiki
2. https://electrono.ru/4-5-schetchiki-i-registry-electronika_lanovenko
Видео:
1. https://www.youtube.com/watch?v=ZKpz9PFFh4Y
2. https://www.youtube.com/watch?v=rb4q_mIHaQ0
3. https://www.youtube.com/watch?v=N1pDFHtHG0U
4. https://www.youtube.com/watch?v=Yxh7y6aHvXI
5. https://www.youtube.com/watch?v=2LVVOpRNAT4&list=RDCMUCtuwVWw9H06uaTadcyO570A&index=25