71285

РЕГИСТРЫ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В зависимости от способа записи информации кода числа различают параллельные последовательные и параллельно последовательные регистры. Их функция сводится только к приему хранению и передаче информации двоичного числа. Параллельный Nразрядный регистр состоит из N триггеров...

Русский

2014-11-04

174 KB

6 чел.

Лекция №16

РЕГИСТРЫ

Регистрами называют функциональные узлы, предназначенные для приема, хранения, передачи и преобразования информации. В зависимости от способа записи информации (кода числа) различают параллельные, последовательные и параллельно - последовательные регистры.

Параллельные  регистры. В параллельных регистрах запись двоичного числа (слова) осуществляется параллельным кодом, т.е. во все разряды регистра одновремено. Их функция сводится только к приему, хранению и передаче информации (двоичного числа). В связи с этим параллельные регистры часто называют регистрами памяти.

Параллельный N-разрядный   регистр   состоит   из N триггеров, каждый из которых имеет число входов, соответствующих количеству источников информации. Если источник цифровой информации один, то каждый триггер имеет один вход. При двух и трех параллельных каналах информации триггер разряда выполняется на два и три входа. Запись цифровой информации того или иного канала в регистр осуществляется по цепи управления регистром.

Принцип построения параллельных регистров иллюстрируется их структурной схемой (рис. 3.50) при одном канале четырехразрядной цифровой информации. Обозначения на рисунке: Т1 — триггер младшего разряда; Т4 — триггер старшего разряда; Э1 — Э4 — элементы, предназначенные для управления записью информации в регистр; Э5 — Э8 — элементы, служащие для управления считыванием информации из регистра.

                               

Рис. 3.50. Структурная схема параллельных регистров

Перед записью двоичного числа все триггеры устанавливают в состояние «0» подачей импульса по входу «Установка нуля». Для записи в регистр входной информации подают импульс записи, открывающий входные элементы И. Код входного числа записывается в регистр. Если, например, на входе присутствует код 1011, что соответствует числу 11, то это же число будет записано в регистр. По окончании операции записи информация, записанная в регистр, сохраняется, несмотря на то что входная информация (число) может изменяться. Для считывания информации подают импульс по входу «Считывание». На выходные шины регистра передается код числа, записанный в регистр. При этом число, записанное в регистр,   сохраняется.

Для получения новой информации описанные операции повторяются.

Последовательные регистры (регистры сдвига). Последовательные регистры (регистры сдвига) характеризуются записью числа последовательным кодом. Регистр состоит из последовательно соединенных двоичных ячеек памяти, состояния которых передаются (сдвигаются) на последующие ячейки под действием тактовых импульсов. Тактовые импульсы управляют работой регистра. Регистры сдвига могут управляться одной последовательностью тактовых импульсов. В этом случае регистры называют однотактными. При управлении двумя, тремя, четырьмя и т. д. последовательностями тактовых импульсов регистры соответственно относят к двух-, трех- и четырехтактным, а в общем случае — к многотактным.

Частота следования тактовых импульсов обычно неизменна.

Однотактные регистры сдвига выполняют по структурной схеме рис. 3.52а, показанной для четырех разрядов Первая ячейка регистра относится к его младшему разряду, а четвертая — к старшему. При таком расположении разрядов запись числа в регистр производится начиная с его старшего разряда. При обратном расположении разрядов в регистре запись числа должна начинаться с его младшего  разряда.

Тактовые импульсы подаются на все триггеры ячеек одновременно. Их воздействие направлено на переключение триггеров из состояния «1» в состояние «О» с записью единицы в триггер следующей ячейки. На рис. 3.52б приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс записи информации в регистр.

 

Рис. 3.52. Структурная схема последовательных однотактных регистров (а) и их временные диаграммы (б)

В качестве примера взят код 1011, соответствующий числу 11. Перед записью информации регистр устанавливают в состояние «0». Для этого в отсутствие сигнала на входе подается серия тактовых импульсов с числом импульсов, равным количеству разрядов в регистре. При записи информации одновременно с поступлением кода числа подаются тактовые импульсы. Тактовыми импульсами осуществляется продвижение информации от младшего разряда регистра к старшему. В результате после  четвертого тактового импульса ячейки регистра принимают состояния, соответствующие коду принятого четырехразрядного числа.

Операция считывания информации из последовательного регистра может быть проведена в параллельном или последовательном коде. Для передачи информации в параллельном коде используют выходы разрядов регистра. Таким образом, последовательный регистр позволяет осуществить операцию преобразования последовательного кода в параллельный. Считывание информации в последовательном коде реализуется подачей серии тактовых импульсов.

В последовательном регистре записанное число может быть сдвинуто тактовыми импульсами на один или несколько (k) разрядов. Операции сдвига соответствуют умножению числа на 2k. Например, сдвиг кода 0010 числа 2 на один разряд дает код 0100 (число 4), на два разряда — код 1000 (число 8).

Параллельно-последовательные и реверсивные регистры. В параллельно - последовательных регистрах сочетаются свойства регистров параллельного и последовательного действия. Они позволяют осуществлять запись информации как в последовательном, так и параллельном коде, в связи с чем могут быть использованы для преобразования кодов из последовательного в параллельный и обратно. Эти регистры допускают однотактный (рис. 3.55) и многотактный принципы построения.

Рис.  3.55. Структурная схема параллельно-последовательных регистров

Для преобразования последовательного кода в параллельный серией тактовых импульсов в регистр записывается информация (число) последовательного кода. Выходы разрядов регистра при этом представляют ту же информацию в параллельном коде. Для обратного преобразования информация в регистр вводится по входам параллельного кода. Посредством серии тактовых импульсов с выхода последнего разряда регистра информация считывается в последовательном коде.

Реверсивные регистры предназначены для осуществления сдвига кода числа в сторону как старшего, так и младшего разрядов. Регистр содержит связи последовательной передачи информации в направлении от младших разрядов к старшим, а также от старших разрядов к младшим. Прямой или обратный сдвиг кода осуществляют управляющим сигналом, вводящим в действие либо прямую, либо обратную связи между разрядами.

КОМБИНАЦИОННЫЕ  СХЕМЫ. ДЕШИФРАТОРЫ

При разработке различного рода цифровых управляющих устройств часто необходимо решать задачу, когда управляющее воздействие определяется значениями входных сигналов только в данный момент времени и не зависит от их значений в предыдущие моменты времени. Иными словами, выходной сигнал, характеризующий управляющее воздействие, здесь зависит только от наличия соответствующей комбинации сигналов на входах устройства. Такой принцип построения используют, в частности, для управления позиционными исполнительными механизмами, осуществления контроля, сигнализации и защиты, реализации программного управления последовательностью операций по заданному алгоритму и т. д.

Устройства, предназначенные для решения подобных задач, называют комбинационными схемами или автоматами с нулевой памятью.

Принцип проектирования комбинационных схем заключается в следующем. По требуемому алгоритму работы схемы находят управляющее воздействие (функцию) от входных сигналов (переменных). Затем по найденной функции синтезируют логическую схему ее реализации. Задачу нахождения функции связывают с необходимостью построения схемы с минимальным содержанием в ней логических элементов. Для этого функция предварительно проходит стадию минимизации, т. е. приведения ее к наиболее простому виду. Математическим аппаратом анализа и синтеза комбинационных схем служит алгебра логики. Примером комбинационных схем являются дешифраторы.

Дешифратором называют комбинационную логическую схему, в. которой каждой из комбинаций сигналов на входах соответствует сигнал только на одном из его выходов. Они находят применение в управляющих системах для выдачи управляющих воздействий в те или иные цепи в зависимости от комбинации сигналов на входах. Широко распространены дешифраторы для преобразования кодов, например двоичного  или двоично-десятичного в  десятичный.

На рис. 3.56 приведена схема дешифратора, предназначенного для перевода   показаний   двоично-десятичного счетчика (см. рис. 3.47) с модулем счета 10 в десятичную систему счета. Сигнал «1» на соответствующем выходе дешифратора определяет число, записанное в счетчик. Так, при нулевом показании счетчика сигнал «1» присутствует только на выходе хо дешифратора (табл. 3.6). При кодах чисел 1, 2, 3, ..., 9, записанных в счетчик, дешифрация характеризуется наличием сигнала «1» соответственно только на одном из выходов x1, х2, х3, ..., х9.

Рис. 3.56. Схема дешифратора для перевода показаний двоично-десятичного счетчика в десятичную систему счета

Таблица 3.6

Значения сигналов а, b, с, d на выходах счетчика и требуемые при этом показания дешифратора могут быть использованы для определения элементов схемы дешифратора. Так, при нулевом показании счетчика сигнал «1» присутствует на инверсных выходах его триггеров (см. табл. 3.6), в связи с чем реализуемая каналом хо 

Аналогично, из табл. 3.6 для канала х1 имеем

а для канала х9

Логические функции могут быть реализованы с помощью четырехвходовых логических элементов И.

Мультиплексоры и демультиплексоры

Мультиплексор (селектор данных, цифровой или аналоговый коммутатор) – это один из видов распределителя импульсов, позволяющий, например, поочередно подключать несколько источников сигналов к одному общему выходу. Функциональная схема простейшего мультиплексора цифровых сигналов приведена на рис. 4.24, а.

Рис. 4.24. Цифровой мультиплексор (а) и демультиплексор (б)

На информационные входы 1...N логических элементов «И» подаются цифровые сигналы, которые могут появиться на выходе только тогда, когда на входы управления подаются напряжения логической 1. Если импульсы управления подаются поочередно к 1 ... N-й схемам «И», то они поочередно отпираются и на выходе суммирующей схемы «ИЛИ» поочередно появляются сигналы от 1-го... до No источников.

В случае аналоговых (непрерывных) сигналов вместо схем «И» устанавливаются аналоговые ключи, а схема «ИЛИ» заменяется сумматором на основе операционного усилителя.

Мультиплексор не обязательно должен работать в циклическом (поочередном) режиме опроса источников сигналов — все зависит от схемы управления, которая может работать по какой-либо другой, заранее заданной программе (или по программе, которая может перестраиваться в зависимости от условий или обстоятельств измерения сигналов).

Задача, обратная мультиплексированию сигналов, возникает тогда, когда необходимо источник сигнала поочередно (или по какому-то другому закону) подключать к некоторому числу измерителей (или других цепей приемников сигналов).

Это обычно осуществляется с помощью демулътиплексоров, функциональная схема одного из которых приведена на рис. 4.24, б.

Если необходимо демультиплексировать непрерывные сигналы (т. е. разделить их на составные части), то вместо схемы «И» применяют ключевые элементы (биполярные или полевые транзисторы, оп-троны, контактные реле и т. д.).

На рис. 4.25 приведены условные графические изображения мультиплексора (рис. 4.25, а) и демультиплексора (рис. 4.25, б).

Рис. 4.25 Условные графические изображения мультиплексора (а) и демультиплексора (б).

Мультиплексоры и демультиплексоры, выпускаемые в России в виде интегральных микросхем, имеют стандартный семиэлементный код с буквами КП, что означает коммутаторы, переключатели.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12668. Windows против Linux или какую систему выбрать для PC 397.5 KB
  Лабораторная работа №1. Тема: Windows против Linux или какую систему выбрать для PC. Цель: ознакомиться с операционной системой Linux в сравнении с Windows. В современном мире не утихает спор между сторонниками Windows и Linux о том какую из этих систем использовать дома и/или на рабо
12669. Работа в Linux. Работа с каталогами и файлами посредством командной и строки и посредством графического интерфейса 235.5 KB
  Лабораторная работа № 2. Тема: Работа в Linux. Работа с каталогами и файлами посредством командной и строки и посредством графического интерфейса. Цель: Научится работать в операционной системе Linux: создавать удалять папки и файлы. Теоретическая часть. В свое время пр...
12670. Офисный пакет KOffice 34 KB
  Лабораторная работа № 3 Тема: Офисный пакет KOffice. Цель: Изучить самостоятельно пункт главного меню Офис. k>Офис. KOffice является бесплатно распространяемым программным продуктом. В состав пакета входят программы: программа KWord аналог программы MSWord выполняет
12671. Файловый менеджер Midnight Commander(MC) 73 KB
  Лабораторная работа 4 Тема: Файловый менеджер Midnight CommanderMC. Цель: Научится работать с приложением Midnight Commander. Теоретическая часть. MC файловый менеджер является практическим аналогом Norton Commander NC. Окно MC состоит из тех же элементов что и окно NC: строки меню левой и ...
12672. Norton Commander: панели, функциональные клавиши 61 KB
  Лабораторная работа №1 Тема: Norton Commander: панели функциональные клавиши. Цель: Научиться работать с программной оболочкой Norton Commander. Общие сведения. Программы оболочки позволяют для выполнения большого количества различных функций заменить набор команд нажатием...
12673. Создание файлов и каталогов в Norton Commander 52.5 KB
  Лабораторная работа №2. Тема: Создание файлов и каталогов. Цель работы: научиться выполнять операции с файлами и каталогами. Теоретическая часть. Копирование файлов и каталогов: Откройте каталог с файлами и или подкаталогами. Произведите выделение файлов ...
12674. Управляющее меню в Norton Commander 52 KB
  Лабораторная работа №3. Тема: Управляющее меню. Цель работы: Научиться пользоваться возможностями меню Norton Commander. Изучить содержание управляющего меню. Содержание работы В корневом каталоге диска D создать новый подкаталог RABOTA и в нем создать файл bo...
12675. Работа с дисками в Norton Commander 38.5 KB
  Лабораторная работа № 4 Тема: Norton Commander. Работа с дисками. Цель работы: Научиться пользоваться утилитами предназначенными для обслуживания дисков в Norton Commander. Теоретические положения Копирование дискет Для запуска утилиты копирования дискет нажмите кла
12676. Работа с архивными файлами в Norton Commander 35.5 KB
  Лабораторная работа № 5 Тема: Работа с архивными файлами. Цель работы: Научиться работать с архивными файлами в Norton Commander. Теоретические положения Работа с архивами Norton Commander позволяет работать с архивными сжатыми файлами. Сжатые файлы занимают меньше мест...