БЕЛОРУССКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА РЭС
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ:
«Однофазныепараллельные регистры двухтактного действия и однотактного действия. Парафазныепараллельные регистры, сдвигающие регистры»
МИНСК, 2009
Под регистрами (отлат. registrum — список, указатель) в цифровойэлектронике и технике подразумевают узлы и устройства, осуществляющие рядопераций с информацией, представленной в виде многоразрядного двоичного кода. Кэтим операциям относятся: хранение, сдвиг в разрядной сетке, поразрядныелогические операции и выдача числовых слов в определенном коде. Уже одноперечисление функций регистров показывает, что это самые распространенные узлыцифровых устройств.
На схемах регистрыобозначаются буквами RG. Вотечественных сериях микросхем регистрам соответствуют буквы ИР.
Итак, регистраминазываются устройства, выполняющие функции приема, хранения и передачиинформации. Информация в регистрах хранится в виде числа (слова),представленного комбинацией сигналов 0 и 1. Каждому разряду числа, записанномув регистр, соответствует свой разряд, выполненный на основе триггера CRS-, CD- и CJK-типовс управлением записью видов L, LF, и F. Другими словами, регистр – это цепочка триггеров длязапоминания одного двоичного числа (обычно от 4 до 16). Общее количествотриггеров равно наибольшей разрядности хранимого числа.
На регистрах могутосуществляться операции преобразования информации из одного вида в другой(последовательного кода в параллельный и т.п.), а так же некоторые логическиеоперации (например, поразрядное логическое сложение, умножение).
Основнымклассификационным признаком, по которому различают регистры, является способзаписи информации или кода числа в регистр. По этому признаку можно выделитьрегистры трех типов: параллельные (статические); последовательные(сдвигающие); параллельно-последовательные.
В параллельныерегистры записьчисла осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды одновременно.
Последовательныерегистрыхарактеризуются последовательной записью кода числа, начиная с младшего илистаршего разряда, путем последовательного сдвига кода тактирующими импульсами.
Параллельно-последовательныерегистры имеют входыкак для параллельной, так и для последовательной записи кода числа. Взависимости от числа каналов, по которым поступает информация на входы разрядоврегистра, различают регистры парафазного и однофазного видов.
Парафазные регистрыхарактеризуются тем, что информация на каждый разряд поступает по двум каналам(прямому и инверсному).
В однофазных регистрахинформация поступает на каждый разряд только по одному каналу. Парафазныерегистры выполняются, как правило, с применением триггеров CRS-типа, а однофазные – на основетриггеров CD-типа.
В зависимости от типовтриггеров, применяемых при построении регистров, и способа их тактированияразличают регистры многотактные и однотактного действия.
Параллельные регистры
В параллельных(статических) регистрах схемы разрядов не обмениваются данными между собой.Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса установки,разрешения выхода или приема, т.е. цепи управления. В этих регистрах прием ивыдача слов производится по всем разрядом одновременно. В них хранятся слова,которые могут быть подвергнуты поразрядным логическим преобразованиям.
При построении N-разрядных параллельных регистровнеобходимо применить Nтриггеров, каждый из которых будет иметь число входов, соответствующее числуисточников информации, подключенных ко входу регистра. По сути каждый изтриггеров имеет свой независимый информационный вход и свой независимыйинформационный выход. Тактовые входы (С) всех триггеров соединены между собой.В результате параллельный регистр представляет собой многоразрядный,многовходовый триггер.
Однофазныепараллельные регистры двухтактного действия
Наиболее экономичными почислу компонентов являются однофазные регистры двухтактного действия, вкачестве разрядов которых используются триггеры /> - типов (двухтактные D-триггеры на рис.1).
На рис.1 приводится схемапараллельного регистра двухтактного действия с однофазной записью информациидля режима записи двух чисел A и B (регистр на два входа). Входы /> соответствуютвходам разрядов первого числа, а входы /> - входам разрядов второго числа.
Рис. 1. Схема параллельного регистра на триггерах CLS-RL — типа />
Первый тактирующий сигнал/> осуществляетустановку всех разрядных триггеров в состояние 0 (/>).
Второй сигнал /> обеспечиваетзапись в регистр числа А, а импульс /> — запись числа В.
Однофазные параллельныерегистры двухтактного действия характеризуются наименьшим быстродействием, новместе с тем и наименьшими затратами по числу элементов.
Однофазныепараллельные регистры однотактного действия
Для реализацииоднотактных параллельных однофазных регистров применяются /> — триггеры, число входовкоторых соответствует числу входов регистра. На рис.2 приведена функциональнаясхема такого регистра на два входа. Запись числа /> осуществляется при поступленииимпульса />,а запись числа />-при поступлении импульса /> безпредварительной установки разрядов в состояние 0.
Рис. 2. Схема параллельного регистра на триггерах CLD -типа />
Быстродействие данногорегистра увеличилось примерно в 2 раза по сравнению со схемой рис. 1, но иаппаратурные затраты на их реализацию увеличились, так как реализация /> — триггератребует большего числа вентилей.
На рис. 3 показан один изнаиболее экономичных вариантов схем такого регистра, каждый разряд котороговыполнен на />-триггере с использованием элементов НЕ, И-НЕ, И-ИЛИ-НЕ.
Рис. 3.Схема параллельного регистра на триггерах CLD -типа />
В режиме храненияинформации, т.е. при отсутствии тактирующих импульсов /> открыты вентили обратной связи /> всех триггероврегистра. При поступлении ТИ (например />) закрываются вентили /> и с задержкой /> открываютсявентили записи кода числа А (вентили />). В разрядах регистра /> установятсяуровни в соответствии с кодом числа А. Например, при /> и /> на выходе /> сформируется уровень 0,а на выходе />-уровень1. После окончания действия ТИ (/>) вначале откроются вентилиобратных связей всех триггеров и зафиксируется новый код в его разрядах, азатем через /> закроютсявентили записи числа А. Регистр перейдет в режим хранения информации. Схемаполучила широкое распространение при разработке параллельных цифровых устройствблагодаря своей экономичности и надежности. Однако самые экономичные вариантысхем рассмотренных регистров получаются при их реализации на основе элементов T-TTL, когда каждый разрядный триггер выполняется на одномэлементе.
Парафазныепараллельные регистры
Парафазные параллельныерегистры (ППР) не отличаются широким многообразием, как однофазные. Все ППР посвоему принципу действия являются однотактными и выполняются на триггерах /> — типа. На рис.4 приведена схема ППР на два входа (для записи чисел А и В).
Код числа поступает нарегистр по двум каналам (прямому и инверсному), а тактирующие импульсы /> и /> открываютвентили прямого и инверсного каналов одновременно. Быстродействие ППР полностьюопределяется быстродействием триггеров, используемых в качестве типовыхразрядов регистра.
При сравнительной оценкеоднофазных и парафазных регистров необходимо отметить, что однофазные являютсянаиболее эффективными при выполнении на ИМС, так как содержат в 2 раза меньшеинформационных входов, чем парафазные регистры. Уменьшение числа входовпозволяет сократить число выводов микросхем, что упрощает процесспроектирования БИС.
Рис. 4. Схема параллельного регистра на триггерах CLRS-типa. />
Сдвигающие(последовательные, сдвиговые) регистры и их
классификация
Сдвигающие регистры (СР)(англ. Shift Register) получили свое название от видаодной из наиболее распространенных операций, выполняемых в ЭВМ – операциисдвига кода числа. Операция сдвига – это перемещение (сдвиг) поддействием внешних тактирующих импульсов содержимого регистра на определенноечисло разрядов вправо или влево. Чаще всего такое перемещение осуществляется наодин разряд, и эту операцию можно записать в виде:
/>
где /> — содержимое i-го(последующего) разряда регистрапосле цикла сдвига;
/> — содержимое (i-1)-го (предыдущего) разряда досдвига;
i=1,2,3,…,n – число разрядов регистра сдвига.
Наиболее общими классификационнымпризнаком сдвигающих регистров можно считать способ управления сдвигом кодачисла. Этот классификационный признак предполагает деление регистров почислу тактирующих сигналов />, необходимых для выполненияоперации сдвига информации на один разряд. В соответствии с этим числом,которое в дальнейшем назовем тактовым числом регистра, СР подразделяются нарегистры однотактного и многотактного действия. Особенностью однотактныхСР является то, что в них сдвиг кода числа на один разряд осуществляетсяза один такт или с помощью одного ТИ сдвига, т.е. />. В многотактныхрегистрах сдвиг кода числа на один разряд осуществляется как минимумза два импульса сдвига. В свою очередь, каждый из однотактных имноготактных СР можно классифицировать по следующим признакам:
· по видуэлектрической связи между разрядами;
· по направлениюсдвига;
· по способу приемаи выдачи кода числа.
Вид электрическойсвязи между разрядами.
По этому признаку СР натриггерах подразделяются на регистры с однопроводной(однофазной), двухпроводной(парафазной)и смешанной типами связей. Первые выполняются на триггерах D-типа, вторые на триггерах RS- или JK типа, а третьи совместно, например на триггерах RS- и D- или JK- и D-типов.
Направление сдвига.
В соответствии с этимпризнаком регистры подразделяются на три вида:
· регистры,осуществляющие сдвиг кода числа вправо(в сторону младших разрядов);
· регистры,сдвигающие код числа влево( в сторону старших разрядов);
· регистры,сдвигающие код числа как вправо, так и влево – реверсивные регистры сдвига.
Способ приема и выдачикода числа.
По этому признакурегистры подразделяются на три вида:
· споследовательным приемом и последовательной выдачей информации;
· с параллельнымвводом кода числа и параллельным его выводом;
· споследовательно-параллельным вводом и последовательно-параллельным выводом кодачисла.
Последние относятся кразряду наиболее универсальных, т.к. они могут применяться в качестве первого ивторого типа СР.
В основу приведенныхклассификационных признаков СР фактически положены функциональные требования,предъявляемые к ним. А это означает, что при проектировании СР всегда задают:
а) направление сдвига;
б) способы приема ивыдачи кода числа, представляющие собой функциональные требования для любогоСР.
Кроме них к функциональнымтребованиям следует отнести функциональную надежность регистра. Эти требованиядля регистров (как и для триггеров) должны быть выполнены безусловно.Применительно к СР требование функциональной надежности характеризуютотсутствием опасных межкаскадных состязаний при условии выполнения разрядоврегистра на функционально надежных триггерах.
К основным функциональнымпараметрам регистров сдвига можно отнести также разрядность и быстродействие.
Последовательный регистрсдвига обладает двумя недостатками: он позволяет вводить только по одному битуинформации на каждом тактовом импульсе и каждый раз при сдвиге информациивправо теряется крайний правый информационный бит.
Эти недостаткиустраняются в параллельно загружаемых регистрах сдвига кольцевого типа. Кольцевоеперемещение информации предусматривает возврат данных с выхода регистра обратнона его вход, что исключает потерю данных при сдвиге.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовыеэлементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. — 379 с.
2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорнойтехники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. — 440 с.
3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства:Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. — 885 с.
4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчетэлементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. — 526 с.
5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронныесхемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. — 416 с.
6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк.,2000. — 160 с.