10.1.1 Классификация

Регистры - триггерные устройства, предназначенные для хранения небольших объёмов информации и выполнения операций сдвига.

Занесение новой информации в регистр называется записью, а вывод информации - считыванием.

Для первоначальной установки всех триггеров в одинаковое состояние используется единый сигнал, а операция называется начальной установкой или сбросом.

Информация в регистре может сдвигаться при подаче специального сигнала на один или сразу несколько разрядов. Регистры с такой функцией называются сдвиговыми.

По способу записи и считывания различают регистры с параллельной и последователь-ной записью и считыванием соответственно. Можно образовать 4 разновидности таких регистров, комбинируя разные способы записи и считывания. Способа записи и считывания могут совмещаться.

Регистр сдвига может осуществлять сдвиг влево, вправо или быть реверсивным. Обычно регистр теряет информацию, выдвигаемую из него, но может иметь и кольцевую структуру. При этом вход последовательной записи соединяется с последовательным выходом регистра.

Входные и выходные сигналы могут быть однофазными и парафазными.

По способу синхронизации записи регистры делятся: на синхронизируемые уровнем (регистр защёлка) и синхронизируемы фронтом сигнала.

Сдвиговые регистры синхронизируются фронтом в случае единственного синхронизирующего сигнала. Возможно построение регистров с многофазной синхронизацией уровнем.

Существуют регистры, выполняющие много функций, их называют комбинированными или многорежимными ( многорежимный буферный регистр серии К589ИР12).

Синтез регистров

Синтез регистров достаточно прост, т.к. регистр представляет собой совокупность одинаковых разрядных блоков. В свою очередь разрядный блок включает в себя триггер (триггеры при многофазной синхронизации) и несложную комбинационную схему.

Выполним синтез одного разряда реверсивного счётчика на основе D-триггера. Сдвиг осуществляется на один разряд. Синтез осуществим словарным методом.

Структурную схему некоторого среднего звена регистра можно представить следующим

образом.

При А=0 сдвиг вправо

При А=1 сдвиг влево.

С – сигнал синхронизации.

При А = 0 , ; ; При С=1

При A = 1 , ; ;

Если С = 0, то состояния не изменяются.

Таблица состояний среднего разряда.

N	A					F	D
0 1 2 3	0 0 0 0	0 0 0 0	0 0 1 1	0 1 0 1	0 0 0 0	0  0 	0 0 0 0
4 5 6 7	0 0 0 0	1 1 1 1	0 0 1 1	0 1 0 1	1 1 1 1	 1  1	1 1 1 1
8 9 10 11	1 1 1 1	0 0 0 0	0 0 1 1	0 1 0 1	0 0 1 1	0   1	0 0 1 1
12 13 14 15	1 1 1 1	1 1 1 1	0 0 1 1	0 1 0 1	0 0 1 1	0   1	0 0 1 1

Здесь F – функция переходов; D –вход i –го разряда. Хотя формально количество входных переменных 4, можно видеть, что функция возбуждения D-входа триггера не зависит от предыдущего состояния триггера.

Составим карту Карно и произведём с ее помощью минимизацию функции возбуждения.

	D
AQi-1 Qi+1	00	01	11	10
0	0	1	0	0
1	0	1	1	1

или через СКНФ

Приводя к базису И-ИЛИ-НЕ, будем иметь:

Структурная схема одного разряда регистра приведена ниже.

Более просты структурно регистры хранения и регистры с односторонним сдвигом информации.

В случае регистра хранения синхронизация может осуществляться как фронтом, так и уровнем. Для сдвигового регистра обязательно применять триггеры тактируемые фронтом, двухступенчатые или с многофазной синхронизацией.

Регистр хранения на D триггерах.

Регистр сдвига с последовательной записью и комбинированным выходом на D-триггерах, синхронизируемых фронтом.

Двухтактный регистр сдвига на D триггерах с синхронизацией уровнем.

Применение регистров

Регистры в вычислительной технике могут использоваться:

в качестве регистров временного хранения результатов операций (буферные);

для выполнения cдвигов при умножении и делении и прочих операциях;

в качестве преобразователей информации из параллельной формы в последовательную и обратно, что необходимо при создании простых линий связи ( ИРПС – RS232 и т.п. );

в качестве генераторов кодов в управляющих устройствах (при этом часто регистр закольцовывается).

Основные параметры

Регистры изготавливаются в виде СИС.

Статистические параметры их те же, что и у элементов соответствующей серии, т.е. уровни логического нуля и единицы, нагрузочная способность, входные токи, потребляемая мощность или ток.

К динамическим характеристикам относятся времена распространения от различных входов до выходов. Это время установки в исходное состояние, отсчитываемое от момента подачи сигнала R до установления выходного кода. Время распространения при записи информации. Часто задаётся максимальная частота синхронизирующих импульсов. Она определяется временем задержки сигнала в комбинационной цепи и временем срабатывания триггера.