Регистры

Регистры — это устройства, предназначенные для приема, хранения и передачи дискретных кодов (слов). В основе регистра используются триггеры. Число триггеров определяет разрядность слова.

Занесение информации в регистры называется операцией ввода или записи. Выдачу информации внешним устройством называют операцией вывода или считывания.

В зависимости от функционального назначения все регистры подразделяются па две категории: регистры памяти (хранения) и регистры сдвига. В свою очередь, сдвигающие регистры в зависимости от способа ввода и вывода информации делятся на параллельные, последовательные и комбинированные (последовательно-параллельные), а по направлению передачи информации (сдвига) — на однонаправленные и реверсивные.

Запоминающие регистры — простейший вид регистров. Их назначение — хранить кодовую информацию небольшого объема в течение относительно непродолжительного времени. Эти регистры представляют собой набор синхронных триггеров, каждый из которых хранит один разряд двоичного числа — бит информации. Запись и считывание информации производится одновременно во всех разрядах параллельным кодом. Структура запоминающего регистра иллюстрируется рис.5.30.

Наращивание разрядности регистров памяти достигается добавлением нужного числа триггеров.

В качестве примера рассмотрим запоминающий регистр К155ИР15 — рис.5.31. Это четырехразрядный регистр, выходы которого могут иметь третье, высокоимпендансное состояние Z. Входы E ₁, E ₂ определяют режим ввода, а входы Z ₁, Z ₂ — режим вывода информации. Вход R — сбросовый. Параллельный ввод информации в триггеры регистра со входов D ₁ – D ₄ происходит по переднему фронту тактового сигнала С при наличии лог.0 на обоих входах E ₁, E ₂. При наличии лог.1 хотя бы на одном из входов E ₁, E ₂ регистр переходит в режим хранения. Подача сигнала лог.1 на сбросовый вход R обнуляет регистр независимо от состояния других входов. Зависимость режимов работы регистра от комбинации входных сигналов показана в следующей таблице:

Входы	Режимы работы
R	C	E 1	E 2	D i
	X	X	X	X	Обнуление
					Запись
					Запись
	X		X	X	Хранение
	X	X		X	Хранение

Отличительная особенность этой микросхемы — наличие буферных выходных каскадов, управление которыми осуществляется по двум входам Z ₁, Z ₂. Если хотя бы на одном из этих входов существует сигнал высокого уровня, то буферные каскады закрыты и выходы микросхемы находятся в высокоимпендансном состоянии, т.е. практически отключены от триггеров. И только при Z ₁ = 0 и Z ₁ = 0 состояние триггеров передается на выходы регистра. Состояние буферных выходных каскадов не сказывается на режимах работы микросхемы.

Регистр К155ИР15 имеет тактовую частоту, равную 25 мГц и потребляет ток 72 мА.

Регистры сдвига представляют собой основную массу регистров, используемых на практике. Этот вид регистров отличается большим разнообразием, как в функциональном отношении, так и в отношении схемных решений и параметров. Регистры сдвига кроме операции хранения осуществляют преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот, служат в качестве цифровых элементов задержки, выполняют арифметические и логические операции. Регистр состоит из последовательно соединенных триггеров. Передача информации с триггера на триггер происходит под воздействием тактовых импульсов.

Блок-схема сдвигаемого нереверсивного регистра показана на рис.5.32, а пример реализации на D-триггерах — на рис.5.33. Значение входного сигнала появится на выходе последнего разряда через m тактов, где m — число разрядов регистра. Поэтому для ввода в регистр m -разрядного слова потребуется m тактов. Показанный на рисунке регистр преобразует входной последовательный код в выходной параллельный. Следует иметь в виду, что информационный сигнал, бывший на выходе старшего разряда регистра, с приходом очередного тактового импульса выводится из регистра и исчезает.

В реверсивных сдвиговых регистрах может происходить передача информации как в направлении от младшего разряда к старшему, так и в обратном направлении. Регистр кроме последовательного входа может иметь параллельный установочный вход. В качестве примеров рассмотрим несколько серийно выпускаемых микросхем сдвиговых регистров.

На рис.5.34,а показана микросхема К561ИР2. В состав микросхемы входит два четырехразрядных однонаправленных регистра сдвига с последовательным вводом и параллельным выводом информации. Вход D — информационный. Сдвиг информации происходит по положительному фронту тактовых импульсов на входе С. Обнуление регистра производится сигналом лог.1, подаваемым на вход R. Способ наращивания разрядности регистра показан на рис. 5.34, б.

Микросхема К155ИР1 — рис.5.35 — представляет собой четырехразрядный реверсивный регистр сдвига с последовательным и параллельным вводом информации и параллельным выводом. Микросхема используется в качестве буферной памяти, прямого кольцевого распределителя импульсов, элемента задержки на несколько тактов и др. D ₀ — вход регистра для последовательного кода, a D ₁ – D ₄ — входы для параллельного кода. Вход V служит для выбора режима работы регистра. При V = 0 происходит сдвиг вправо при каждом отрицательном перепаде потенциала па входе C ₁, параллельные входы D ₁ – D ₄ отключаются. При V = 1 разрешается параллельные установка по входам D ₁ – D ₄ сдвиг влево при отрицательном перепаде потенциала на входе С. Для сдвига влево необходимо произвести внешние соединения выходов, Q ₄, Q ₃, Q ₂ со входами D ₃, D ₂, D ₁ соответственно. Информация в последовательном коде в этом случае вводится через вход D ₄.