Регистры состоят из разрядных схем, в которые входят запоминающие и логические элементы.

Назначение и классификация регистров

Определение. Регистром называется устройство, предназначенное для временного хранения кода чисел, а также для выполнения некоторых логических преобразований над кодами чисел.

Регистры состоят из разрядных схем, в которые входят запоминающие и логические элементы.

Логические элементы позволяют выполнять ряд микроопераций, таких как установка регистра в нуль, прием, выдача, сдвиг, преобразование кодов (из прямого в обратный код и наоборот, последовательного в параллельный или параллельного в последовательный коды), поразрядное логическое сложение, поразрядное логическое умножение, сравнение кодов.

По виду выполняемых микроопераций над словами различают регистры для приема, передачи и сдвига информации.

Для выполнения микроопераций в регистрах используются специальные сигналы, которые подаются на входные и выходные вентили триггеров регистра.

Главным классификационным признаком регистров является способ приема и выдачи данных.

По этому признаку различают параллельные (статические), последовательные (сдвигающие) и параллельно-последовательные регистры. При параллельном приеме кода слова все разряды кода подаются одновременно на входы регистра. В них хранятся слова, которые могут быть подвергнуты поразрядным логическим преобразованиям.

При последовательном приеме слова разряды кода принимаются последовательно во времени один за другим. Их называют сдвигающими, так как тактирующие сигналы при вводе и выводе слов перемещают их в разрядной сетке. В этом случае в регистре происходит сдвиг кода на один разряд перед приемом очередного разряда. Сдвигающий регистр может быть нереверсивным (с однонаправленным сдвигом) или реверсивным (с возможностью сдвига в обоих направлениях).

Последовательно-параллельные регистры имеют входы-выходы одновременно последовательного и параллельного типа. Имеются варианты с последовательным входом и параллельным выходом, параллельным входом и последовательным выходом, а также варианты с возможностью любого сочетания способом приема и выдачи слов.

По количеству каналов передачи, по которым поступает информация на входы разрядов, регистры делятся на однофазные и парафазные. В однофазных регистрах информация поступает на каждый разряд только по одному каналу (прямому или инверсному), а в парафазных – по обоим каналам.

По системе синхронизации, то есть по количеству тактов управления, необходимых для записи кода слова, различают однотактные, двухтактные и многотактные регистры.

Прием информации в регистр обычно производится после предварительной установки его в нуль (рис.1). В этом случае сначала подается управляющий сигнал на шину «Уст. 0».

Разряды числа подаются на единичные входы. Затем управляющий сигнал подается на шину «Прием информации». Он разрешает занесение кода в регистр. Записанный в регистр код двоичного слова может храниться до тех пор, пока регистр не будет установлен сигналом «Уст. 0» в нулевое состояние.

На рис.2 показана схема приема информации на регистр без предварительной установки в нуль, для этого используется парафазный код.

Рисунок 1 - Прием информации в регистр с его установкой в «0»	Рисунок 2 - Прием информации в регистр без его установки в «0»

Сигнал «Прием слова» в регистр обычно импульсный, так как кратковременное подключение регистра к кодовой шине слова уменьшает вероятность занесения в регистр ошибочной информации.

В процессе передачи информации с одного регистра на другой возможно преобразование кодов слов и выполнение указанных выше операций.

Вид преобразования или операции определяется организацией схем вентилей обмена информацией между регистрами и наличием управляющих сигналов. В параллельных регистрах схемы разрядов не обмениваются данными между собой. Общими для разрядов обычно являются цепи тактирования, сброса – установки, разрешения выхода или приема, то есть цепи управления.

Для современной схемотехники характерно построение регистров на D-триггерах, преимущественно с динамическим управлением. Регистр на D-триггерах позволяет принимать информацию без парафазного представления сигналов.

Регистры с отключаемыми выходами имеют дополнительный вход, устанавливающий режим выдачи кода слова с регистра или режим отключения регистра.

Как правило, операция передачи слова с регистра выполняется в схемах с несколькими источниками информации, порознь подключенными к одному общему тракту передачи информации, и совмещается с операцией приема этого слова в регистр-приемник.

Пример 1. На рис.3 приведен один из возможных вариантов схемы регистра, выполняющего операцию дизъюнкции, а на рис.4 – вариант схемы выполнения операции конъюнкции.

Рисунок 3 - Схема логического сложения	Рисунок 4 - Схема логического умножения

Проведем комментарий по работе данных регистров. Код первого числа (х ₁, х ₂, х ₃, …, х_n) устанавливается с помощью проводников, подключающих входы триггеров S или R на корпус (землю), а код второго числа (y ₁, y ₂, y ₃, …, y_n) подается с выхода регистра.

Логическое сложение реализует операцию «ИЛИ» над двоичными цифрами x_i и y_i, находящимися в i –м разряде обоих кодов.

В i –м разряде регистра устанавливается результат выполнения операции Q_i = x_i + y_i. Поразрядное сложение реализует операцию суммирования по модулю 2 цифр х_i и y_i i –го разряда преобразуемых кодов Q_i = x_i Å y_i. При этом в i –м триггере регистра после выполнения операции устанавливается результат (рис.5). Поразрядное сложение является также операцией сравнения кодов.

Рисунок 5 – Установление результата поразрядного сложения

Логическое умножение является логической операцией «И», то есть операцией конъюнкции, над двоичными цифрами х_i и y_i, находящимися в i –м разряде двух кодов. При этом в i –м разряде устанавливается результат выполнения операции Q_i = x_i & y_i.