Регистры. 
Последовательные и параллельные соединения регистров. 
Смешанные регистры

Регистрами называются последовательностные цифровые устройства, выполняющие функции приема, хранения и передачи информации. Информация в регистре хранится в виде двоичного кода, т. е. представлена комбинацией сигналов логического нуля и логической единицы. Каждому разряду кода, записанному в регистр, соответствует свой разряд регистра, как правило, на основе триггеров RS-, Dили JK-типа. Основным классификационным признаком, по которому различают регистры, является способ записи информации или кода числа в регистр. По этому признаку можно выделить регистры следующих типов:

• · параллельные;
• · последовательные;
• · последовательно-параллельные.

В параллельные регистры запись (считывание) числа осуществляется параллельным кодом, т. е. во все разряды регистра одновременно. Последовательные регистры характеризуются последовательной записью (считыванием) кода числа, начиная с младшего разряда или старшего путем последовательного сдвига кода тактирующими импульсами. В последовательно-параллельных регистрах ввод или вывод информации может осуществляться как в параллельном, так и в последовательном кодах.

Время ввода числа в регистр параллельного типа равно времени ввода одного разряда. Время ввода числа в регистр последовательного типа равно mЧT, где m — число разрядов вводимого числа, а T — период следования тактирующих сигналов, осуществляющих ввод (вывод) информации.

По способу представления вводимой информации различают регистры однофазного и парафазного типа. В однофазных регистрах информация вводится по одному каналу (прямому или инверсному). Информация на выходе представлена в прямом или в обратном коде. В парафазных регистрах ввод информации осуществляется по двум каналам одновременно (прямому и инверсному), т. е. информация представлена одновременно в прямом и обратном кодах. Информация на выходе, как правило, также представляется в прямом и инверсном кодах.

Параллельные регистры. Параллельный регистр используется для кратковременного хранения чисел, представленных в параллельном двоичном коде. Поэтому параллельные регистры называются еще регистрами памяти. Рассмотрим способы построения регистров памяти на триггерах RS-типа. Каждый триггер служит для хранения одного разряда числа, значит, для хранения m-разрядного двоичного числа необходимо иметь m RS-триггеров. Как следует из таблицы переходов RS-триггера, для записи единицы необходимо подавать единицу на вход S и нуль на вход R, а для записи нуля — наоборот — единицу на вход R и нуль на вход S, т. е. информация должна поступать на оба входа RS-триггера. Полученный регистр будет парафазным, причем вход S — прямой, а вход R — инверсный. Для синхронной записи во все триггеры одновременно, их тактовые входы необходимо объединить в одну шину (рис. 1).

Рис. 1 Структурная схема параллельного парафазного регистра на синхронных RS-триггерах

Если необходимо синтезировать параллельный регистр на RS-триггерах однофазного типа, т. е. вход R не использовать, то остаются следующие варианты по таблице переходов RS-триггера:

Чтобы получить нулевой сигнал на выходе, при Sⁿ=0, необходимо чтобы Qⁿ=0, т. е. перед записью необходимо обнулить триггер. Для этого нужно объединить все входы R и при подаче на информационные входы S сигнала с уровнем логического нуля, подать на объединенные входы R логические единицы (рис. 2). Таким образом, осуществляется предварительная установка триггеров в нулевое состояние. Если теперь на входы S соответствующих триггеров подать значения записываемых разрядов исходного кода, то они зафиксируются на выходах триггеров.

Рис. 2 Структурная схема параллельного однофазного регистра на синхронных RS-триггерах

Таким образом, при реализации регистров на основе RS-триггеров требуется подача разрядов исходного числа в прямом и инверсном коде, либо предварительное обнуление всех триггеров, что не всегда является удобным. В этом отношении удобны регистры на D-триггерах. В них информация может быть установлена по одному входу и без предварительной установки в нуль (рис. 3).

Рис. 3 Структурная схема параллельного регистра на D-триггерах

Последовательные регистры. Последовательный регистр предназначен для кратковременного хранения информации, но, в отличие от параллельного регистра, в нем осуществляется логическая операция сдвига кода хранимого числа на любое количество разрядов. Ввод информации в последовательный регистр осуществляется по одному последовательному каналу V. Сдвиг кода числа происходит с помощью синхронизирующих импульсов С, в результате подачи которых осуществляется сдвиг всех разрядов кода числа со входа к выходу или наоборот. Как и в случае параллельных регистров, последовательный регистр может быть синтезирован на базе триггеров RS-типа (JK-типа), но наиболее удобным для этих целей является использование D-триггеров. (рис. 4). Из рисунка видно, что информация с первым тактирующим импульсом с входа V передается на выход первого и вход второго триггеров. С приходом второго тактирующего импульса информация из первого триггера перепишется на выход второго триггера. На выход первого триггера запишется новое значение с входа V. Таким образом, будет осуществляться сдвиг исходного кода вправо. Отсюда последовательные регистры называются еще регистрами сдвига. Информация выводится из триггера по одному выходу Q.

Для построения последовательного реверсивного регистра, в котором код числа может сдвигаться как влево, так и вправо, необходимо между триггерами регистра включить устройства управления направлением сдвига. Поскольку элемент 2И-ИЛИ-НЕ, выполняющий роль коммутатора, инвертирует значения сигналов, то для подачи на входы соответствующих разрядов сдвигаемого кода в прямом виде, необходимо использовать инверсные выходы этих триггеров. Информацию на самый первый элемент 2И-ИЛИ-НЕ с входа V последовательного ввода необходимо подавать через инвертор. В практических схемах для упрощения процесса управления режимами направления сдвига вместо двух сигналов «сдвиг вправо» и «сдвиг влево», используется только один из этих сигналов. Второй сигнал формируется через инвертор.

регистр триггер параллельный информация.

Рис. 4 Структурная схема последовательного реверсивного регистра

Последовательные регистры находят ограниченное применение. Широкое распространение получили последовательно-параллельные регистры. На их базе строятся преобразователи кодов из последовательного в параллельный и из параллельного в последовательный. Для реализации параллельного вывода информации в последовательном регистре достаточно использовать выходы Q_i всех триггеров. Чтобы реализовать ввод информации как в последовательном, так и в параллельном виде, можно использовать D-триггеры с асинхронной установкой в нуль или единицу. Пример такой структуры приведен на рис. 5.

Рис. 5 Структурная схема последовательно-параллельного регистра

Как и в последовательном регистре, ввод информации в последовательном коде осуществляется по входу V. Для тактирования сдвига синхровходы всех триггеров объединены. При этом, для возможности введения кода числа в параллельном виде используются элементы И-НЕ ЛЭ1_i и ЛЭ2_i в своих разрядах. Элемент ЛЭ1_i осуществляет функцию стробирования и инвертирования разряда D_i при единичном уровне управляющего сигнала «параллельная запись». В результате на вход S установки в единицу триггера Т_i проходит инверсное значение разряда параллельного кода числа только в том случае, если сигнал разрешения на линии «параллельная запись» имеет единичное значение. Элемент ЛЭ2_i выполняет функцию инвертирования сигнала с элемента ЛЭ1_i и передачи его на вход R сброса триггера Т_i также по активному уровню сигнала разрешения параллельной записи. В результате парафазный код всех разрядов параллельного кода проходит на соответствующий триггер только при активном уровне сигнала разрешения параллельной записи. Поскольку элементы ЛЭ_i имеют инверсные выходы, то триггеры Т_i должны иметь инверсные входы R и S.

Если выход последнего триггера соединить с входом первого, то получится кольцевой регистр сдвига. Записанная в его разряды информация под воздействием сдвигающих импульсов будет циркулировать по замкнутому кольцу. Кольцевой регистр иначе называется кольцевым счетчиком. Его коэффициент пересчета равен числу разрядов n последовательного кода. Единица, записанная в один из разрядов, периодически будет появляется в нем после того, как будут поданы n сдвигающих импульсов. В условном графическом обозначении функция регистра задается символами «RG», а в маркировке микросхем — символами «ИР».