Регистры сдвига

Основную массу регистров, используемых на практике, представляют регистры сдвига. Этот вид регистров отличается большим разнообразием как в функциональном отношении, так и в отношении схемных решений, временных параметров, емкости и т.п.

Регистры сдвига, помимо операции хранения, осуществляют преобразование последовательного двоичного кода в параллельный, а параллельного – в последовательный, выполняют арифметические и логические операции, служат в качестве цифровых элементов временной задержки.

Сдвиг числареализуется перезаписью состояний между соседними триггерами регистра в направлении сдвига. Таким образом, каждый разряд регистра одновременно принимает информацию из предыдущего разряда и передает информацию в последующий. Во избежание явления гонок эти процессы должны быть разделены во времени. Это достигается включением элементов линий задержек в связи между разрядами либо использованием двухактных триггеров. В интегральной схемотехнике статические сдвигающие регистры строятся преимущественно на двухтактных D- и JK -триггерах.

При сдвиге информации вправо после каждого тактового импульса бит более старшего разряда сдвигается в младший, а при сдвиге влево – наоборот.

На схемах символом регистра служат буквы RG. Для регистров сдвига указывается также направление сдвига; ® вправо; влево; «реверсивный (двунаправленный).

При однонаправленном сдвиге информации достаточно реализовать непосредственные связи между выходами предыдущего и входами последующего триг­гера MS-типа (рис. 6.11, а,6). В сдвигающем регистре на D- триггерах (рис. 6.11, а) для передачи информации между разрядами требуется связь между Q_i и D_{i +1}, а в случае использования JK- триггеров (рис. 6.11, б) – двойные свя­зи; Q_i с J_i+1 и с К_i+1 . В остальном структуры, принцип работы и параметры данных регистров аналогичны. Ввод информации может производиться последовательно со входа X с последующим сдвигом информации вправо на один разряд по каждому синхроимпульсу С либо параллельно со вхо­дов А по сигналу I = 1 асинхронной записи числа в предва­рительно очищенный регистр (сигналом R =0 асинхронного сброса триггеров в состояние «0»). По положительному фронту синхроимпульса С = 1 происходит запись информации со входов D и X в триггеры первых ступеней M. Выходные уровни триггеров при этом остаются неизменными (см. рис. 6.11, в). По отрицательному фронту синхроимпульса входы D-триггеров ступени М блокируются и записанная в них информация пере­дается в триггеры ступени S. Происходит переключение выходных уровней D- триггеров. Таким образом, реализуется чисто последовательный регистр со сдвигом числа вправо (показано стрелкой на рис. 6.11, в, вход - X, выход - Q₃), последовательно-паpаллельный (вход - X, выходы - Q ₁, Q ₂, Q ₃) и параллельно-последовательный (входы - A_i, выход - Q ₃). Кроме того, при замыкании выхода последнего разряда с последовательным входом Х (штриховая линия) реализуется кольцевой сдвигающий регистр. Информация в кольцевой регистр вводится параллель­ным кодом со входов A_i и затем циркулирует в замкнутом кольцепод действием тактовых синхроимпульсов С. Кольцевые реги­стры удобно использовать для построения, например, тактовых генераторов цифровых устройств.

Рис. 6.11

В реверсивных сдвигающих регистрах для обеспечения воз­можности сдвига информации в обоих направлениях выход каждого разряда должен быть связан через логические элементы переключения направления сдвига со входами предыдущего и последующего разрядов. Пусть направление сдвига задается логическим уровнем сигнала Е так, что при Е = 0 осуществляет­ся сдвиг вправо: D_i = Q _i-1,а при Е = 1 происходит сдвиг влево: D_i = Q_{i -1}.Тогда i -й триггер реверсивного сдвигающего регистра должен управляться сигналом

,

который формируется логическим элементом И-ИЛИ-НЕ (рис. 6.12, а) либо на логических элементах И-НЕ. Для сигнала D₁ в соотношении используется сигнал = последова­тельного входа при сдвиге вправо или = при построении кольцевого сдвигающего вправо регистра. Аналогично для входа D ₄в качестве сигнала используется последовательный вход при сдвиге влево или , для кольцевого сдвигающего влево регистра. На рис. 6.12, б показан тождественный согласно выра­жению вариант схемы управления разрядом реверсивного сдвигающего регистра.

Рис. 6.12

Условное изображение регистра сдвига (К155ИР1) показано на рис. 6.13.

Рис. 6.13

Динамические регистры - регистры, для которых опреде­лена верхняя граница временного интервала хранения ин­формации без восстановления. Чаще всего в них физическим носителем информации является заряд некоторой емкости или зарядовый пакет в объеме полупроводника. Для управления зарядом исполь­зуют МДП-транзисторы, обладающие весьма большим сопротивлением в запертом состоянии (10¹²... 10¹⁵ Ом). Используя логические элементы на МДП-транзисторах мож­но по заданному алгоритму управлять зарядом и напряжением на некоторой паразитной межэлектродной емкос