 |
Вопрос №5. Регистры, счетчики (суммирующие, вычитающие, ревер-сивные), делители частот.
|
|
|
|
Регистр - устройство, используемое для хранения n -разрядных двоичных данных и выполнения преобразований над ними.
Регистр представляет собой упорядоченный набор триггеров, обычно D-, число n кото-рых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комби-национное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение не-которых операций над словами.
Основой построения регистров являются: D-триггеры, RS-триггеры, JK-триггеры.
Операции в регистрах:
Типичными являются следующие операции:
- приём слова в регистр (установка состояния);
- передача слова из регистра;
- сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов в сдвиговых регистрах;
- преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно;
- установка регистра в начальное состояние (сброс).
Классификация регистров:
Регистры классифицируются по следующим видам:
- накопительные (регистры памяти, хранения);
- сдвигающие или сдвиговые.
В свою очередь сдвигающие регистры делятся:
по способу ввода-вывода информации:
- параллельные: запись и считывание информации происходит одновременно на все входы и со всех выходов;
- последовательные: запись и считывание информации происходит в первый триггер, а та информация, которая была в этом триггере, перезаписывается в следующий - то же самое происходит и с остальными триггерами;
- комбинированные;
по направлению передачи информации:
- однонаправленные;
- реверсивные.
Типы регистров:
Регистры различают по типу ввода (загрузки, приёма) и вывода (выгрузки, выдачи) информации:
1. С последовательным вводом и выводом информации;
2. С параллельным вводом и выводом информации;
|
|
|
3. С параллельным вводом и последовательным выводом. Например: SN74LS165J(N), SN74166J(N), SN74LS166J(N);
4. С последовательным вводом и параллельным выводом. Например: SN7416J(N), SN74LS164J(N), SN74LS322J(N), SN74LS673J(N).
Использование триггеров с защёлками с тремя состояниями на выходе, увеличенная (по сравнению со стандартными микросхемами серии) нагрузочная способность позволяют использовать (в микропроцессорных системах с магистральной организацией) регистры непосредственно на магистраль в качестве регистров, буферных регистров, регистров ввода-вывода, магистрального передатчика и т. д. без дополнительных схем интерфей-са.
Помимо вышеописанных двоичных регистров, регистр может основываться и на иной
системе счисления, например троичной или десятичной.
Параллельные регистры:
В параллельных (статических) регистрах схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса/уста-новки, разрешения выхода или приема, то есть цепи управления. Пример схемы стати-ческого регистра, построенного на триггерах типа D с прямыми динамическими входа-ми, имеющего входы сброса и выходы с третьим состоянием, управляемые сигналом EZ.
Сдвигающие (последовательные) регистры:
Последовательные (сдвигающие) регистры представляют собою цепочку разрядных схем, связанных цепями переноса. Основной режим работы - сдвиг разрядов кода от одного триггера к другому на каждый импульс тактового сигнала. В однотактных регистрах со сдвигом на один разряд вправо слово сдвигается при поступлении тактово-го сигнала. Вход и выход последовательные (англ. Data Serial Right, DSR).
Согласно требованиям синхронизации в сдвигающих регистрах, не имеющих логичес-ких элементов в межразрядных связях, нельзя применять одноступенчатые триггеры, управляемые уровнем, поскольку некоторые триггеры могут за время действия разре-шающего уровня синхросигнала переключиться неоднократно, что недопустимо. Появление в межразрядных связях логических элементов, и тем более, логических схем неединичной глубины упрощает выполнение условий работоспособности регистров и расширяет спектр типов триггеров, пригодных для этих схем. Многотактные сдвигаю-щие регистры управляются несколькими синхропоследовательностями. Из их числа наиболее известны двухтактные с основным и дополнительным регистрами, построен-ными на простых одноступенчатых триггерах, управляемых уровнем. По такту С1 со-держимое основного регистра переписывается в дополнительный, а по такту С2 возвра-щается в основной, но уже в соседние разряды, что соответствует сдвигу слова. По зат-ратам оборудования и быстродействию этот вариант близок к однотактному регистру с двухступенчатыми триггерами.
|
|
|
Примеры:
SN74ALS164 (КР1533ИР8) - восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой. Оснащён двумя входами, A и B, что позволяет заперев один из них (установив на нём низкий уровень напряжения по положительному фронту тактового импульса), осуществлять ввод данных в последовательном коде по другому входу.
SN74ALS165 (КР1533ИР9), SN74ALS166 (КР1533ИР10) - восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательной выгрузкой, работающий в двух режимах: параллельной загрузки и сдвига,
SN74198 (КР155ИР13) - восьмиразрядный реверсивный сдвиговый регистр, имеющий четыре режима работы: параллельная загрузка, сдвиг влево, сдвиг вправо и блокировка.
SN74LS295 (КР1533ИР16) - четырёхразрядный сдвиговый регистр с параллельной заг-рузкой и тремя состояниями выходов, имеющий три режима работы: параллельная заг-рузка, сдвиг влево и блокировка. На основе регистра может быть построен реверсивный сдвигающий регистр с последовательным вводом данных и режимами сдвига влево и вправо.
74HC595N (КР1564ИР52) - восьмиразрядный сдвиговый регистр с защелкой, имеющий возможность параллельного или последовательного объединения с тремя состояниями на выходе: высокий, низкий и высоко-импедансный.
Регистры процессора:
По назначению регистры процессора различаются на:
- аккумулятор - используется для хранения промежуточных результатов арифметичес-ких и логических операций и инструкций ввода-вывода;
|
|
|
- флаговые - хранят признаки результатов арифметических и логических операций;
- общего назначения - хранят операнды арифметических и логических выражений, ин-дексы и адреса;
- индексные - хранят индексы исходных и целевых элементов массива;
- указательные - хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стэка);
- сегментные - хранят адреса и селекторы сегментов памяти;
- управляющие - хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.
Троичные регистры:
Троичные регистры строятся на троичных триггерах. Как и троичные триггеры, троич-ные регистры могут быть разных троичных систем кодирования троичных данных (троичных разрядов): трёхуровневая однопроводная, двухуровневая двухразрядная двухпроводная, двухуровневая трёхразрядная одноединичная трёхпроводная, двухуров-невая трёхразрядная однонулевая трёхпроводная и др.
4-х разрядный сдвиговый регистр, преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно
Счётчик числа импульсов - устройство, на выходах которого получается двоичный
(двоично-десятичный) код, определяемый числом поступивших импульсов. Счётчики могут строиться на двухступенчатых D-триггерах, T-триггерах и JK-триггерах.
Основной параметр счётчика - модуль счёта - максимальное число единичных сигналов, которое может быть сосчитано счётчиком. Счётчики обозначают через СТ.
Счётчики классифицируют:
по числу устойчивых состояний триггеров:
- на двоичных триггерах;
- на троичных триггерах;
- на n-ичных триггерах.
по модулю счёта:
- двоично-десятичные (декада);
- двоичные;
-с произвольным постоянным модулем счёта;
- с переменным модулем счёта.
по направлению счёта:
- суммирующие;
- вычитающие;
- реверсивные.
по способу формирования внутренних связей:
- с последовательным переносом;
- с ускоренным переносом;
- с параллельным ускоренным переносом;
- со сквозным ускоренным переносом;
|
|
|
- с комбинированным переносом;
- кольцевые.
по способу переключения триггера:
- синхронные;
- асинхронные;
- счётчик Джонсона.
Суммирующий счетчик предназначен для выполнения счета импульсов в прямом нап-равлении, т.е. для сложения. С приходом очередного импульса на вход счетчика его со-держимое увеличивается на единицу.
Вычитающий счетчик предназначен для выполнения счета в обратном направлении, т.е. в режиме вычитания. Каждый импульс, поступающий на вход такого счетчика, уменьшает его содержимое на единицу.
Реверсивными называются такие счетчики, которые могут работать как в режиме сло-жения, так и в режиме вычитания.
Простейший суммирующий асинхронный счётчик
Вычитающий счётчик
Реверсивный счетчик
Делители частоты - электронное устройство, уменьшающее в целое число раз частоту
подводимых к нему периодических колебаний.
Схема регенеративного делителя частоты. Прохождение сигнала в замкнутой цепи обратной связипоказано пунктирными стрелками.
|
|
|
