Регистры сдвига общие понятия. Пример цифровой схемы с использованием регистра сдвига.

Работу регистра сдвига (сдвигового регистра) можно наблюдать в неко- некоторых микрокалькуляторах 1\ где при наборе каждой новой цифры на кла- клавиатуре числа на индикаторе сдвигаются влево. Например, для набора чис- числа 268 нужно сделать следующее. Сначала нажимается и отпускается клавиша с цифрой 2. Цифра 2 появляется в крайней правой позиции на индикаторе. Затем нажимается и отпускается клавиша с цифрой 6. В ре- результате цифра 2 на индикаторе сдвигается на одну позицию влево, а на ее месте в крайнем правом положении появляется цифра 6; на индикаторе высвечивается число 26. И наконец, после нажатия и отпускания клавиши с цифрой 8 на индикаторе появляется число 268. Данный пример иллю- иллюстрирует две важные характеристики егистра сдвига_: 1) регистр сдвига- устройство,_обладающее временной памятью, благодаря чему числа .остаются на индикаторе дажеТТрй отпускании клавиши на клавиатуре ^калькулятора^ 2) это устройство сдвигает числа на индикаторе на одну по- позицию влево каждый раз, когда набирается новая_ цифра. Такие свойства"^ •делают регистр сдвига исключительно полезным устройством, широко ис- используемым во многих цифровых системах. В настоящей главе обсуждают- обсуждаются схемы некоторых регистров сдвига и принципы их работы.

Регистр сдвига можно получить, соединяя друг с другом несколько триггеров. В гл. 6 и 7 отмечалось, что триггеры обладают «памятью». Эта характеристика как раз и исполь- используется в регистрах сдвига. Вместо того чтобы собирать ре- регистры сдвига из отдельных логических элементов или триггеров, можно приобрести эти устройства в виде моно- монолитных ИС. Регистры сдвига часто используются для временного хранения данных. На рис. 8.1 иллюстрируется типичный пример такого применения в цифровой системе. (С приве- приведенной на рис. 8.1 структурной схемой мы уже встречались раньше, см. рис« 2.6.) Можно считать, что данная цифровая система представляет собой калькулятор. Обратите внима- внимание на использование регистров сдвига в качестве времен-ной буферной памяти между шифратором и процессором, а также между процессором и дешифратором. Их можно использовать и в других местах цифровой системы.

Регистры сдвига. Регистры с последовательным приемом или выдачей информации называются сдвиговыми регистрами или регистрами сдвига. Регистры сдвига могут выполнять функции хранения и преобразования информации. Они могут быть использованы для построения умножителей и делителей чисел двоичной системы счисления, т.к. сдвиг двоичного числа влево на один разряд соответствует умножению его на два, а сдвиг вправо - делению на два. Регистры сдвига широко используются для выполнения различных временных преобразований цифровой информации: последовательное накопление последовательной цифровой информации с последующей одновременной выдачей (преобразование последовательной цифровой информации в параллельный код) или одновременный прием (параллельный прием) информации с последующей последовательной выдачей (преобразование параллельного кода в последовательный). Регистры сдвига могут служить также в качестве элементов задержки сигнала, представленного в цифровой форме. Действительно, регистры с последовательным приемом (вводом) и выводом осуществляют задержку передачи информации на m+1 тактов ( m+1 - число разрядов регистра) машинного времени. Регистры сдвига обычно реализуются на D-триггерах (рис. 3.27, а) или на RS-триггерах (рис. 3.27, б), где для ввода информации в первый разряд включается инвертор (первый разряд представляет собой D-триггер). Следует отметить, что все регистры сдвига строятся на базе двухступенчатых триггеров или синхронизируемых фронтом синхроимпульса. Разрядность регистров сдвига, как и у регистров хранения, определяется количеством триггеров, входящих в их состав. На рис. 3.27 приведены схемы четырехразрядных регистров сдвига, реализованных на D- и RS-триггерах, а временные диаграммы, поясняющие работу регистра сдвига, приведены на рис. 3.28.

Вывод параллельной информации из регистра сдвига (см. рис. 3.27, в) осуществляется при подключении всех триггеров регистра к отдельным выводам (на рис. 3.27, а и б эти выводы показаны штриховыми линиями). Как было сказано выше, регистры сдвига синхронизируются фронтом тактирующих импульсов, т.е. запись новой информации в триггеры регистра происходит в течение очень короткого времени - за время длительности фронта синхроимпульса, вернее в момент поступления соответствующего фронта синхроимпульса. Обычно, это “время” значительно меньше времени распространения сигнала, т.е. времени переключения триггера регистра в новое состояние. Работу регистра сдвига рассмотрим на примере схемы, приведенной на рис. 3.27, а.

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 имеет место логический 0, то поступление синхроимпульсов на входы “С” триггеров не меняет их состояния.

Как следует из рис. 3.27, синхроимпульсы поступают на соответствующие входы всех триггеров регистра одновременно и записывают в них то, что имеет место на их информационных входах. На информационных входах триггеров Т2, Т3, Т4 - уровни логического “0”, т.к. 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”, т.к. 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. (рис. 3.28). 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 (на рис. 3.27 и рис. 3.28 m=4) регистр оказывается полностью заполненным разрядами числа, вводимого через последовательный ввод “D”. 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).

Рис. 3.27. Регистры сдвига на D – триггерах а), RS – триггерах б) и комбинированный регистр наD - триггерах