34. Регистры

Регистры, подобно шифраторам, дешифраторам и сумматорам, являются типовыми функциональными узлами электронно-вычислительной техники. Они используются во многих занимательных устройствах, некоторые из которых мы рассмотрим в главе 8.

Регистром называют устройство, состоящее из триггеров и предназначенное для записи, хранения и выдачи информации. Каждый триггер регистра может хранить информацию одного двоичного разряда. Следовательно, для записи, например, двоичных чисел, от 0 до 7, представляемых двоичными кодами от 000 до 111, нужно иметь трехразрядный регистр. Для записи чисел от О до 15, занимающих четыре двоичных разряда, нужен, соответственно, четырехразрядный регистр и т. д.

Регистры бывают параллельные и последовательные. Параллельный регистр состоит из триггеров, каждый из которых имеет свой информационный вход и два выхода. Подобные регистры используются для создания оперативной памяти в цифровых системах. В последовательных регистрах имеется один вход для последовательной передачи информации от одного триггера к другому (рис. 162). Запись информации осуществляется путем сдвига двоичных кодов, поступающих на первый триггер регистра,

Рис. 162. Последовательный регистр сдвига

поэтому его также называют регистром сдвига. Сдвиг может проходить вправо и влево. Например, начальный код регистра 1011 при последовательном сдвиге вправо будет меняться следующим образом: 0101, 0010, 0001 и 0000; а код 1000—0100, 0010, 0001 и 0000. Если первый и последний триггеры регистра соединить, то получится кольцевой регистр сдвига, единица в последнем примере будет «бегать по кругу». Интересный эффект получится также при сдвиге кодов с последовательной сменой нулей и единиц, например 0101.. В кольцевом регистре сдвига нули и единицы будут совершать «возвратно-поступательное движение»: 1010, 0101, 1010 и т. д.

Учебная модель четырехразрядного регистра сдвига показана на рисунке 163. В нее входят уже знакомые микросхемы . В модели используется три микросхемы

Рис. 163. Учебная модель регистра сдвига

К155ТМ2 (микроэлектронное изделие называют также «корпусом»). Один из триггеров первого корпуса предназначен для получения импульсов сдвига. При поочередном соединении кнопкой «сдвиг» его входов с нулевым полюсом источника на выходе получают перепад уровней напряжения, соответствующий сигналам 0 и 1. Более простую схему подачи управляющих импульсов, состоящую из переключателя и источника питания, использовать нельзя. В момент переключения из-за плохого контакта может возникнуть несколько импульсов, или, как говорят, появляется «дребезг». Использование триггера приводит к тому, что по первому же отрицательному импульсу триггер перебрасывается и на выходе возникает перепад напряжения (рис. 164). Триггеры первого, второго и третьего корпусов образуют четырехразрядный последовательный регистр. Прямой выход каждого предыдущего триггера соединен с информационным входом последующего триггера. При кольцевом режиме работы выход последнего триггера соединяют с входом первого триггера (соединение показано пунктирной линией). Все входы С триггеров соединяются вместе. Входы всех триггеров объединены для установки регистра в нулевое состояние путем подачи нулевого сигнала, (входы инверсные). Имеется возможность установить первый триггер в единичное состояние подачей 0 на вход

В качестве примера рассмотрим, как осуществляется продвижение 1 «по кругу». Сначала регистр устанавливается в нулевое состояние кнопкой «Уст. О», затем в первый триггер кнопкой «Уст. 1» записывается 1. При нажатии кнопки «Сдвиг» на все входы С будет подан синхронизирующий импульс, который приведет к повторению на выходе сигналов, имеющихся на входах D. В результате первый триггер перейдет в нулевое состояние (по цепи обратной связи с выхода регистра подается 0 на вход «12»), второй триггер перейдет в единичное состояние, так как на его вход подавалась 1 с выхода первого триггера, третий и четвертый триггеры останутся в нулевом состоянии. Под действием первого синхроимпульса код регистра изменится с 1000 на Второй синхроимпульс оставит первый триггер в нулевом состоянии, второй триггер возвратит в нулевое состояние, третий триггер переведет в единичное состояние и оставит состояние четвертого триггера без изменения. В результате светодиоды покажут код 0010. Изменение состояний триггеров кольцевого регистра сдвига

Рис. 164. Скачки напряжения из-за «дребезга» контактов

Рис. 165. Узел индикации

под действием следующих синхроимпульсов происходит аналогично. Заметим, что в этой модели светодиоды светятся при появлении на прямых выходах триггеров сигнала 1. Интересные световые эффекты получаются при кольцевом сдвиге различных кодов.

Существуют универсальные регистры, осуществляющие сдвиг двоичного кода не только вправо, но и влево. Их изготавливают в виде одной микросхемы. Например, микросхема К155ИР13 является универсальным восьмиразрядным сдвиговым регистром. Использование таких микросхем избавляет от сложных монтажных работ.

(см. скан)