Исследование регистров сдвига

4.1. Краткие теоретические сведения

Регистром называется последовательностное устройство, предназначен-ное для записи, хранения или сдвига информации, представленной в виде двоичного кода.

По способу приема информации существуют регистры:

- параллельные (буферные), в которые информация записывается и считывается только в параллельном виде, информация не сдвигается;

- последовательные (сдвигающие), в которые информация записывается и считывается только в последовательном виде;

- универсальные, в которые информация записывается и считывается как в параллельном, так и последовательном виде.

По направлению сдвига информации:

- со сдвигом в одном направлении;

- со сдвигом в двух направлениях (реверсивные).

Регистры строятся только на тактируемых триггерах. Сдвигающие регист-ры имеют один информационный вход. Буферные регистры имеют несколько информационных входов, в соответствии с числом разрядов регистра. Уни-версальные регистры имеют вход для последовательного ввода информации, а также входы для параллельной записи информации одновременно во все разряды. Многие буферные регистры построены по схеме с тремя состояни-ями выхода для работы на шину данных.

Буферные регистры построены на D-триггерах, работающих независимо друг от друга. Обычно триггеры имеют общий тактовый вход. При выборе микросхемы регистра необходимо обращать внимание на тип D-триггеров, используемых в схеме регистра. Если используются триггеры со статичес-ким управлением (триггеры “защелки”), то в интервалы времени действия высокого уровня тактового сигнала информация со входов триггеров пере-дается на их выходы; информация запоминается в триггерах по срезу такто-вого сигнала. D-триггеры с динамическим управлением не передают транзи- том информацию на выход; они фиксируют ее по переднему фронту такто-вого сигнала.

Сдвигающие регистры используются для преобразования последователь-ного двоичного кода в параллельный, а параллельного – в последовательный. На их основе строят схемы синхронизации, распределители импульсов на несколько каналов, схемы управления цифровыми узлами.

Сдвигающий регистр строится на D-триггерах, которые могут быть реали-зованы на JK-триггерах при соответствующей организации цепей переноса между разрядами (рис.1).

Рис.1. Трехразрядный сдвигающий регистр, построенный на JK-триггерах

При использовании в сдвигающих регистрах JK-триггеры имеют функци-ональную избыточность. Поэтому такие регистры обычно выполняют на син-хронных D-триггерах (рис.2). При этом становятся проще цепи переноса сиг-налов между разрядами.

Рис.2. Сдвигающий регистр на D-триггерах

Распределители импульсов на несколько каналов используются в устройствах синхронизации функционально сложных вычислительных систем, а также для управления шаговыми двигателями в периферийном оборудовании. Распределители импульсов обычно строятся на кольцевых регистрах, в которых циклически сдвигается “1” (рис.3).

Рис.3. Кольцевой сдвигающий регистр

При случайном сбое в таком регистре возможна потеря “1”. Для восста-новления работоспособности необходимо выявить факт сбоя и подать спе-циальную команду для записи “1”. Автоматическая коррекция выполняется в схеме регистра с дополнительными логическими связями (рис.4).

Рис.4. Кольцевой сдвигающий регистр с коррекцией

На кольцевых сдвигающих регистрах строят счетчики особого вида, кото-рые называются счетчиками Джонсона. Для этого в регистре заменяют одну из цепей переноса с прямой на перекрестную (рис.5). Коэффициент счета такого счетчика K_сч=2m, где m – число разрядов. Достоинство счетчика заключается в том, что в процессе счета только один триггер изменяет состояние и поэтому на выходах не возникают помехи, вызванные задержками переключения триггеров. Кроме того, в счетчике в течение одного цикла состояние 01 или 10 для двух соседних триггеров имеет место один раз независимо от числа разрядов счетчика, поэтому для дешифрации кода в счетчике могут использоваться простые элементы 2И. Для коррекции сбоев счетчик может дополняться логической цепью, как в схеме (рис.4).

Рис.5. Счетчик Джонсона