Лекция
Тема: «Регистр как внутреннее запоминающее устройство»
План
- Определение и назначение
- Классификация регистров
- Регистры хранения: схема и принцип работы
- Регистры сдвига: схема и принцип работы
- Определение и назначение
Регистр – внутреннее быстродействующее запоминающее устройство. Он используются для временного хранения информации. Регистры являются одними из наиболее часто используемых схем в вычислительной технике. Кратко регистр обозначается буквосочетанием RG. Регистры строятся на базе синхронных одно- и двухступенчатых RS и D-триггеров и могут быть реализованы также на базе JK -триггеров.
- Классификация регистров
Существует несколько классификаций регистров.
По способу приема и выдачи информации регистры делятся на следующие группы:
— с параллельным приемом и выдачей;
— последовательным приемом и выдачей;
— последовательным приемом и параллельной выдачей;
— параллельным приемом и последовательной выдачей;
— различными способами приема и выдачи.
По функциональному назначению регистры делятся на следующие группы:
- регистры общего назначения;
- регистры сегментов;
- регистры флагов;
- регистры приема, хранения, выдачи кодов.
- Регистры хранения (памяти): схема и принцип работы
Регистры с параллельным приемом и выдачей информации служат для хранения информации и называются регистрами памяти (или хранения). Хранящаяся информация изменяется в регистре памяти (запись новой информации) после установки на входах новой цифровой комбинации при поступлении определенного уровня или фронта синхросигнала (синхроимпульса) “С” на вход “С” регистра. Количество разрядов записываемой цифровой информации определяется разрядностью регистра, которая определяется количеством триггеров, образующих этот регистр. В качестве разрядных триггеров регистра памяти используются синхронизируемые уровнем или фронтом триггеры. Регистры памяти могут быть реализованы на D-триггерах, если информация поступает на входы регистра в виде однофазных сигналов, и на RS-триггерах, если информация поступает в виде парафазных сигналов. На рис. 1 приведены схемы четырехразрядных регистров памяти на D-тригерах и RS-триггерах, синхронизируемых уровнем и фронтом синхроимпульсов.
Рис.1. Регистры хранения на D-триггерах, синхронизируемые уровнем синхроимпульса (а), фронтом (в) и на RS – триггерах, синхронизируемых фронтом (б)
4. Регистры сдвига
Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются регистрами сдвига. Регистры сдвига могут выполнять функции хранения и преобразования информации. Регистры сдвига обычно реализуются:
а) на D-триггерах (рис. 2а);
б) RS-триггерах (рис. 2б).
Разрядность регистров сдвига, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав. На рис. 2 приведены схемы четырехразрядных регистров сдвига, реализованных на D- и RS-триггерах.
Рис.2. Четырехразрядные регистры сдвига на D-триггерах (а) и на RS-триггерах (б)
Пример работы регистра сдвига
Работу регистра сдвига рассмотрим на примере схемы, приведенной на рис. 2а. Можно предположить, что в начале все триггеры регистра находятся в состоянии логического нуля, т.е. Q0=0, Q1=0, Q2=0, Q3=0. Если на входе D-триггера Т1 логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы “С” триггеров не меняет их состояния.
Как следует из рисунка 2, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистра одновременно и записывают в них то, что наблюдается на их информационных входах. На информационных входах триггеров Т2, Т3, Т4 — уровни логического “0”, так как информационные входы последующих триггеров соединены с выходами предыдущих триггеров, находящихся в состоянии логического “0”, а на вход “D” первого триггера, по условию примера, подается “0” из внешнего источника информации. При подаче на вход “D” первого триггера “1” с приходом первого синхроимпульса, в этот триггер запишется “1” а в остальные триггеры — “0”, так как к моменту поступления фронта синхроимпульса на выходе триггера Т1 “ещё” присутствовал логический “0”. Таким образом, в триггер Т1 записывается та информация (тот бит), которая была на его входе “D” в момент поступления фронта синхроимпульса и т.д.
При поступлении второго синхроимпульса логическая “1” с выхода первого триггера запишется во второй триггер, и в результате происходит сдвиг первоначально записанной “1” с триггера Т1 в триггер Т2, из триггера Т2 в триггер Т3 и т.д. Таким образом, производится последовательный сдвиг поступающей на вход регистра информации (в последовательном коде) на один разряд вправо в каждом такте синхроимпульсов.
После поступления m синхроимпульсов регистр оказывается полностью заполненным разрядами числа. В течение следующих четырех синхроимпульсов производится последовательный поразрядный вывод из регистра записанного числа, после чего регистр оказывается полностью очищенным (регистр окажется полностью очищенным только при условии подачи на его вход уровня “0” в режиме вывода записанного числа).
Контрольные вопросы:
- Что такое регистр?
- Каково назначение регистра?
- Какие типы регистров существуют?
- Как происходит хранение информации в регистрах хранения?
- Опишите схему регистра хранение.
- Как происходит хранение информации в регистрах сдвига?
- Опишите схему регистра сдвига.
- Что такое синхроимпульс и каково его назначение?
- Где, на ваш взгляд, могут использоваться регистры?
- Приведите примеры использования регистров в компьютерной системе.