Регистрлер

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 30 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ

Регистрлер - сандық құрылғылардың ең кең тараған түйіні. Олар сөзді құрайтын көптеген байланысқан айнымалылармен жұмыс жасайды. Сөздермен мына операциялар реті орындалады: қабылдау, беру, сақтау, разрядты торда ығыстыру, разрядты логикалық операциялар.

Регистрлерді триггерлерден және, көбінесе, логикалық элементтерден тұратын разрядты сұлбалар құрайды.

Айнымалыларды беру сызығы бойынша регистрлер бірфазалы және жұпфазалы, синхронизация жүйесі бойынша бірырғақты, екіырғақты және көпырғақты болып бөлінеді. Алайда, жіктеудегі негізгі қасиет мәліметтерді қабылдау және шығару әдісі болып табылады. Осы қасиеті бойынша параллельді (статикалық) регистрлер, тізбекті (ығыстырушы) және параллельді-тізбекті регистрлерді айырады.

Параллельді регистрлерде сөзді қабылдау және шығару барлық разрядта біруақытта орындалады. Оларда разрядты логикалық операцияларға ұшырауы мүмкін сөздер сақталады.

Тізбекті регистрлерде сөздер разрядтан соң разряд арқылы қабылданады және шығарылады. Оларды ығыстырушы деп атайды, себебі тактілі сигналдар сөзді енгізу және шығару кезінде оларды разрядты сұлбада жылжытады. Ығыстырушы регистр реверсивті емес (бірбағытта ығыстырушы) немесе реверсивті (екі бағытта да ығыстыру мүмкіндігі бар) .

Тізбекті-параллельді регистрлерде біруақытта тізбекті және параллель типті кіріс/шығыстары болады. Сонымен қатар, тізбекті кірісі және параллель шығысы бар нұсқалары (SIPO, Serial Input - Parallel Output), параллель кірісі және тізбекті шығысы (PISO) бар нұсқалары кездеседі.

Ығыструшы регистрді бірнеше триггенрді байланыстра отырып алуға болады. Триггер - жады элементінен тұрады. Оның дәл осы қасиеті ығыструшы регистрлерді жеке логикалық элементтерден немесе триггерлерден жинаудың орнына, бұл құрылғыларды монолитті ИС түрінде алуға болады.

Регистр жадысының көлемін бірнеше ИС жады блоктарын құру арқылы ұлғайтуға болады. Сақталатын сөзердің санын көбейту барысында үш жағдайы бар жеке ИС шығыстары бір нүктеде түйіседі. 512 сақталынған сөзді беретін 128 шығысты байланыстыруға рұқсат етіледі. Бір нүктеде түйісетін шығыстар санына шектеу қою шығыстың ток режиміне байланысты, бұл шектеуді шығыс нүктесіне арнайы сыртқы резистрлерді жалғау арқылы жоюға болады. Сөздің рзрядтылығын ұлғайту барысында шығыстарының жиынтығы бір ақпараттық сөзді беретін бірнеше ИС-ның рұқсат ету және адрестеу кірістерін параллель жалғайды.

Синхронизация талаптарына сәйкес разрядаралық байланыста логикалық элементтер қолданылмаған ығыстырушы регистрлерде деңгеймен басқарылатын біртабалдырықты триггерлерді қолдануға болмайды, себебі кейбір триггерлер синхросигналдың рұқсат етуші деңгейінің жұмысы кезінде бірнеше рет ауыстырылып-қосылуы мүмкін, ал бұған рұқсат етілмейді.

Разрядаралық байланыста логикалық элементтердің, әсіресе бірлік емес тереңдіктегі логикалық сұлбалардың, пайда болуы регистрдің жұмысқа қабілеттілік шарттарын жеңілдетеді және осы схемаға жарамды триггерлер типін кеңейтеді.

Регистр - ақпаратты разрядты екілік код түрінде қабылдау, сақтау және тарату функцияларын орындайтын құрылғы.

Регистрді жіктеудің негізгі белгісі екілік кодты регистрге жазу әдісі болып табылады, яғни параллель, тізбекті (ығыстырушы) және параллель- тізбекті регистр деп ажыратады. Параллель регистр параллель кодпен жазу операциясын орындайды. Тізбекті регистр тізбекті кодпен жазуды жүзеге асырады, кодтың ығысуын кіші немесе үлкен разрядтан бастап, тактілі импульстармен тізбектің жылжуын туғызады. Параллель- тізбекті регистрлер кодты параллель де, тізбекті түрдеде жазады. Сонымен қатар, ығыстырушы регистрлер бірбағытты және екібағытты (реверсивті) болып бөлінеді. Біржақты регистрлер кодтың солға немесе оңға ығысуын туғызады, ал екіжақты регистрлер солға да және оңға да ығысуды жүзеге асырады.

Регистрлердің негізгі құрылымы RS - асинхронды триггерлеріне, В - триггерлеріне сүйенеді.

Әмбебап немесе көпрежимді (көпфункционалды) регистрлер микрооперациялар жиынтығын орындауға қабілетті. Көпрежимділікті бір сұлбада әртүрлі операцияларды орындауға қажетті бөлшектердің композициясының болуымен аламыз. басқарушы сигналдар берілген уақытта орындалып жатқан операцияға қажетті сұлба бөлігіннің іске кірісуін қамтамасыз етеді.

1. РЕГИСТРЛЕР

1. 1 Регистрлерге сипаттама

Регистрлерді триггерлерден және, көбінесе, логикалық элементтерден тұратын разрядты сұлбалар құрайды.

Айнымалыларды беру сызығы бойынша регистрлер бірфазалы және жұпфазалы, синхронизация жүйесі бойынша біртактілі, екітактілі және көптактілі болып бөлінеді. Алайда, жіктеудегі негізгі қасиет мәліметтерді қабылдау және шығару әдісі болып табылады. Осы қасиеті бойынша параллельді (статикалық) регистрлер, тізбекті (ығыстырушы) және параллельді-тізбекті регистрлерді айырады.

Сурет - 1. 1 статикалық регистр сұлбасы (а)

және оның шарты белгіленуі (б)

Қазіргі кездегі схемотехника үшін регистрлерді динамикалық басқарылуы бар осы D-триггерлер негізінде жинау маңызды. Көбісінде үшінші жағдайдағы шығысы бар, енді біреулері буферліктердің қатарына жатады, яғни үлкен сыйымдылықты және/немесе біреромды активті жүктемемен жұмыс істеуге арналған. Бұл олардың жұмысын магистральда қамтамасыз етеді(интерфейстің қосымша сұлбаларынсыз) .

Параллель (статикалық) регистрлерде разряд сұлбалары арасында ақпарат алмасу жүрмейді. Разрядтарға ортақ болатыны ырғақтау, істен шығару/орнату, шығаруға немесе қабылдауға рұқсат ету тізбегі болып табылады, яғни басқару тізбегі. EZ сигналымен басқарылатын үшінші жағдайдағы шығыстары және R істен шығару кірістері бар, тура динамикалық кірістерден тұратын D типті триггерлерден жиналған статикалық регистр сұлбасы 1. 1-суретте келтірілген.

Әмбебап регистрлер.

Көпрежимді регистрдің КР1533 сериялы ИР13 микросұлбасы 1. 2-суретте көрсетілген. Бұл ырғақтың жиілігі 25 МГц-ке дейін және тұтыну тогы 40мА болатын екіжақты ығыстыру мүмкіндігі бар сегізразрядты регистр. Параллельді кірісі және шығысы бар, R асинхронды істен шығу кірісі және төрт режимді (параллель жүктеу, екі ығыстыру және сақтау) белгілейтін S мен S режимдерін таңдау кірісі. 1. 1-кестеде регистрдің функциялануы анықталған. 1. 3-суретте ИР13 регистрінің шартты белгіленуі берілген. Әр типті кірістен және шығыстан тұратын регистрлер параллель кодты тізбектіге және керісінше түрлендіруді жүзеге асыратын негізгі блок ретінде қызмет етеді. 1. 4-суретте параллель кодты тізбектіге түрлендіретін SI/PI/SO типті сегізразрядты регистр негізіндегі түрлендіргіш сұлбасы көрсетілген. Бұл сұлбада 1 элементінің жоғарғы кірісіне логикалық ноль деңгейін беретін теріс бастапқы St импульсі L(Load - жүктеу) кірісіне мәліметті параллель қабылдайтын бірлік сигнал туғызады, осы арқылы RG регистрдің 1 . . . 7 разрядтарына түрленуге ұшырайтын D сөз жүктеледі, ал нөлдік разрядқа - 0 константасы. DSR тізбекті кірісіне 1 константасы берілген.

Сурет - 1. 2 көпрежимді регистр сұлбасы

Сурет - 1. 3 әмбебап регистрдің шартты белгіленуі

Сурет - 1. 4 параллель кодты тізбектіге түрлендіру сұлбасы

Осылайша регистрге жүктелгеннен кейін 0 D1D2 . . . D7 сөзі қалыптасады. С кірісіне түсетін тактілі импульстер сөздің оңға қарай ығысуын туғызады(шартты белгілеу үшін төмен қарай ығысуға сәйкес келеді) . Ығыстырулар сөзді Q7 шығысы арқылы тізбекті түрде шығарады. Ақпараттық разрядтардан кейін нөл (константа «0») жүреді, одан кейін бірлер тізбегі. Регистрден нөл шығарылмайынша 2 элементінің шығысында бірлік сигнел әрекет етеді. Нөл шығарылғаннан кейін 2 элементінің барлық кірістері бірге келеді, оның шығысы нөлдік мәнге ие болады және 1 элементі арқылы келесі сөзді автоматты түрде жүктеу сигналы қалыптастырылады, осыдан кейін түрлену циклі қайталанады.

Регистрлер орындайтын микрооперациялар қатарына разрядты логикалық операциялар енгізілген. Қазіргі кездегі регистрлер мұндай операцияларды орындауға аз бейімделген, бірақ керек кезінде оларды RS-триггерлерінен жиналған регистрлерде орындауға болады. ИЛИ операциясын орындау үшін статикалық регистрдің алғашқы нөлдік жағдайдағы S-кірісіне бірлік разрядтары сәйкес триггерлерді орнататын бірінші А сөзі беріледі. Осыдан кейін регистрдің істен шығармай S-шығыстарына екінші В сөзі беріледі. Нәтижесінде Q=А\/В аламыз.

И разрядты операцияны орындау барысында бірінші ырғақта регистрдің S-кірістеріне А сөзі беріледі, ол А сөзі бір мәніне ие болатын регистр разрядтарын орнатады. Осыдан кейін регистрге екінші В сөзі беріледі. Регистрге В сөзі R триггерлер кірісіне инверсті түрде беріледі.

Регистрлердің негізгі құрылымы RS - асинхронды триггерлеріне, В - триггерлеріне сүйенеді. Ең қарапайым параллель-тізбекті разрядты регистрлердің құрылымының қағидасы 1. 5-суретте көрсетілген.

Сурет - 1. 5 параллельді регистр

Параллель регистрде код саны сәйкес триггерлердің Р кірісіне беріледі. Жазу С кірісіне логикалық бірлік түскен кезде жүреді. Код а шығыстарынан алынады. Параллель регистрлер ақпаратты тек параллель екілік код түрінде және тура кодты кері кодқа және керісінше түрлендіруді жүзеге асыру үшін арналған.

Тізбекті регистрлер ақпаратты сақтаумен қатар тізбекті кодты параллельге және керісінше түрлендәіруді жүргізе алады. Тізбекті регистрлерді құрған кезде триггердің Q шығысы келесі триггердің D кірісіне тізбекті түрде жалғанады 1. 6-суретте көрсетілген.

Сурет - 1. 6 тізбекті регистр

Тізбекті регистрлерде Q шығысындағы жаңа сигнал, міндетті түрде, синхросигнал біткеннен кейін пайда болуы керек. Осы шарт орындалуы үшін тізбекті регистрлерде екітабалдырықты триггерлер қолданылады.

Әр кезекті ырғақты импульс әсеріне регистрдегі код бір разриядқа жылжыиды. 1. 6-суретте ығысу оңға қарай бағытталған (кіші разриядқа қарай), i+1 ші триггердің Q шығысының сигиналы i - ші триггер D кірісіне әсер етсе, і - ші триггер i+1 ші триггер қалпына (түседі) енеді, және і-1 - ші триггер і - ші триггер қалпына енеді. Яғни кодтың оңға қарай бір разрияд жылжуын жүзеге асырады.

Параллаль екілік код триггерлердің Q шығысына алынады. Кодтың солға қарай жылжуы үшін і-1 - ші триггердің Q шығысындағы сигнал і - ші триггердің Q кірісіне беріледі.

Реверсивті регистрлерде басқарудың логикалық сұлбалары болуы керек, олкодтың оңға қарай ығысуын туғызу үшін і - ші триггердің Q шығысынан і-1 ші триггердің Р кірісіне сигналдың берілуін, ал солға қарай ығысуды жүзеге асыру үшін осы сигналдың і+1 - триггердің D кірісіне өтуін қамтамасыз етеді. Реверсивті регистрдің құрылу сұлбасы 1. 7-суретте көрсетілген.

Сурет - 1. 7 реверсивті регистр

Кодтың ығсу бағыты талап етілетін сигналдардың сәйкес кірістерге берілуімен анықталады. Осылайша S0 кірісіне логикалық бірліктің кернеуі берілгенде ығысу солға қарай бағытталады (үлкен разриядқа қарай), 1. 8-сурет, басқарудың логикалық схемалары сигналдың і-ші триггер Q шығысынан осы триггер D кірісіне және керісінше өтуін (рұқсат етсе) қамтамасыз етсе, S1 кірісіне логикалық бірліктің кернеуі берілгенде сигналдың і - ші триггердің Q шығысынан і-1 ші триггердің D кірісіне өтуін қамтамасыз етеді, яғни кодтың оңға қарай ығысуы орындалады (кіші разрядқа қарай) .

Параллель, ығыструшы және реверсивті триггерлердің шартты графикалық белгіленуі 1. 8-суретте келтірілген.

1. 8-суретте көрсетілген микросұлбала шықпасы мынадай: ақпаратты параллель код түрінде жазу кезіндегі D триггердің сәйкес разриядтарының D1 - DИ кірістері; Q1 - QИ - Q триггердің тура шығыстары; С тактілі импульс кірісі; R нөлдік кіріс; S0, S1 ығысу бағытын басқару кірісі; VR оңға қарай ығыструдағы тізбекті код кірісі; VL белгісі колданылады.

Практика жүзінде қолданылып жүрген регистрлердің көп бөлігін ығыструшы регистрлер құрайды, себебі олар ақпаратты сақтаушы қатар, параллель кодты тізбектіге және керісінше, тура кодты кері кодқа және керісінше түрленуді қамтамасыз етеді, арифметикалық және логикалық операцияларды, уақытша кідіруді және жиіліктің бөлінуін орындайды.

Төртразрядты ығыстырушы реверсивті

параллельді регистр регистр

регистр

Сурет - 1. 8 регистрлердің шартты белгіленуі.

Қолданылатын микросұлбалардың негізгі серияларында кездесетін кейбір регистрлер параметрлері мен типтері 1. 2-кестеде келтірілген.

Кесте-1. 2 регистрлер параметрлері мен типтері

Аспап типі

Орындайтын функциясы

Тұтынатын қуат, мВт

Кідіру уақыты

Қоректену нәтижелері

+5В

жалпы

Аспап типі:

133ИР1

134ИР1

К134ИР1А

К155ИР1

КМ155ИР1

Орындайтын функциясы:

Параллель шығысы және тізбекті және параллель енгізудегі жеке синхрониза-

циясы бар төртразрядты әмбебап ығыстырушы регистр

Тұтынатын қуат, мВт:

315

410

Кідіру уақыты:

250

140

Қоректену нәтижелері:

Аспап типі: К134ИР2

Орындайтын функциясы: Сегізразрядты ығыструшы регистр

Тұтынатын қуат, мВт: 36

Кідіру уақыты: 250

Қоректену нәтижелері: 4

Аспап типі:

134ИР8

КР134ИР8

533ИР8

КМ555ИР8

КР1533ИР8

Орындайтын функциясы:

Тізбекті жазылуы және параллель санағыш сегіз

Разрядты ығыстырушы регистр

Тұтынатын қуат, мВт:

135

120

Кідіру уақыты:

250

Қоректену нәтижелері:

Аспап типі:

533ИР9

К555ИР9

КМ555ИР9

КР1533ИР9

Орындайтын функциясы: Ақпаратты параллель жазатын сегізразрядты ығыстырушы регистр

Тұтынатын қуат, мВт:

180

140

Кідіру уақыты:

Қоректену нәтижелері:

Параллель кірісі және тізбекті және параллель кірісінің жеке синхронизациясы бар төртразрядты әмбебап ығыструшы регистр.

Ақпаратты параллель жазатын сегізразрядты ығыструшы регистр. Тізбекті жазатын және параллель есептегіш сегізразрядты ығыструшы регистр.

Тізбекті-параллель жазбалы сегізразрядты ығыструшы регистр.

Тізбекті-параллель жазбалы және параллель есептегіш өртразрядты реверсивті регистр.

Тізбекті-параллель жазбалы және параллель есептегіш төртразрядты ығыструшы регистр.

12-разрядты параллель регистр.

6-разрядты параллель регистр.

4-разрядты параллель регистр.

Екіарналы 4-разриядты параллель регистр.

(мултиплексор)

4-разрядты ығыструшы комбинациялық құрылғы (Z) .

8-разрядты параллель регистр (Z) .

8-разрядты параллель синхронды регистр (Z) .

8-разрядты екіжақты мәлімет құрылғысы бар реверсивті регистр.

4-разрядты параллель және тізбекті кірісі бар ығыструшы регистр (Z) .

4×4 регистрлік файл (Z) .

8-разрядты параллель регистр.

8-разрядты екіжақты мәлімет құрылғысы бар реверсивті регистр.

8-разрядты адрестеуі бар сақтау регистрі .

8-разрядты тізбекті кірісі бар ығыструшы регистр.

4×4 ашық коллекторлы кірісі (ӨК) бар регистрлік файл

8-разрядты параллель регистр (Z) .

Екі 8-разрядты параллель регистр (Z) .

8-разрядты параллель регистр.

Екі 4-разрядты параллель регистр.

Көпсериалы өту мүмкіндігі бар жалпы тағайындалған регистр.

1. 2 Бірфазалы синхронизацияны жобалауға

қажетті есепті қатынастар

Динамикалық басқарылуы бар (анықтығы үшін - тура ) триггерлі жүйе үшін мұндай қатынастарды келесі шарттарды қабылдай отырып аламыз. Синхроимпульстердің жиілігі тұрақты (бұл шарыт генератор жиілігін импульстің басқа параметірлерінің берілу дәлдігінен асатын дәлдікпен тұрақтандыру мүмкіндігімен байланысты) . Синхроимпульстер шебінің уақытқа қатысты жағдайы жіберілуімен беріледі, яғни шептің пайда болуының t ₀ номинальды уақытында шеп t ₀ - -дан t ₀ + уақыт интервалндапайда болуы мүмкін. Бұл жіберілулерде синхросигналдың дәл емес берілуінің барлық себептері көрінеді (синхросигналдардың көбею сұлбасындағы гшептердің ығысуы, байланыстардағы кідіру, табалдырықтағы кернеудің шашырауынан триггердің іске қосу моментінің шашырауы ) .

Есептеу мақсаты - берілген параметрлерді және құрылғы жұмысының қолайлы шарттарын сақтай отырып синхросигнал периодың минимал мәнге жеткізу.

Есептеу объектісі динамикалық басқарылуы бар және практика жүзінде маңызы зор триггерлі бірфазалы синхронизация жүйесі.

Сурет - 1. 9 синхросигналдың уақыт диаграммасы

Синхросигналдың уақыт диаграммасында келесі уақыт интервалдары белгіленген (сурет-1. 9) . t=0 бірінші импульс басталуының номинальды моменті және t=Т екінші импульс басталуының номинальды моменті, номинальды моментіне қатысты импульс түсуінің мүмкін моменттерінің шашырауы, қолданылған t _s және t _H типті триггерлер үшін орнату алдындағы және кідіру уақыты, ‘‘синхрокіріс-шығыс’’ тізбегі арқылы триггерлердің қосылуының ұзақтығы және олардың максималды және минималды мәндері үшін t _ТГ + t _КЦ комбинациялық тізбегі арқылы сигналдардың өтуі.

Орнату алдындағы интервалда ақпараттық сигналдың тұрақтығын сақтау үшін триггердің кіріс сигналы бірінші импульс үшін - ( +t _s ) уақыт моментінен және екінші импульс үшін Т- -t _s моментінен кешікпей орнатылуы қажет. Ақпараттық сигналдың өзгеруі + t _H бірінші импульс үшін және Т+ + t _H екінші импульс үшін уақыт моментінде мүмкін болады. Импульс аралық интервалда кіріс ақпараттық сигнаының неғұрлым кеш пайда болуы + t _{тг. max} + t _{кц. min} моментінде, ал неғұрлым ерте пайда болуы - + t _{тг. max} + t _{кц. min} моментінде жүзеге асады.

Ақпараттық сигналдың неғұрлым кеш түсуі жіберілетін аймақта болуы үшін

Т- - t _s + t _{тг. max} + t _{кц. max}

шарты орындалуға тисті. Бұл теңсіздіктен келесі өрнек шығады

Т 2 +t _s + t _{тг. max} + t _{кц. max} (1. 1)

(1. 1) шарты триггер кірісіндегі ақпараттық сигналдың t _s интервалында параметірлер таралуының ең нашар жағдайында өзгеріп кетпеуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар ақпараттық сигналдың t _H интервалында да өзгермеуін сақтауды қамтамасыз ету керек. Бұл өзгеру жіберілетін аймақта болуы үшін келесі талапты орындау қажет

- + t _{тг. min} + t _{кц. min} +t _H

Бұдан

t _{кц. min} 2 +t _H - t _{тг. min} (1. 2)

Енді бір қажетті шарт триггердің қосылуына жеткілікті импульс ұзақтығының талабы болып табылады

t _и 2 + t _{и min.} (1. 3)

синхроимпульстердің реті: (1. 3) шарты бойынша t _и ды таңдау, (1. 1) шарты бойынша Т табу, (1. 2) шарттың орындалуын тексеру.

(1. 3) өрнегіндегі 2 қосылғышы синхроимпулстер шебінің алдыңғысының кешігіп отыру және артқысының озып кету мүмкіндігін білдіреді. (1. 2) шартының бұзылуы сәйкес тізбектерде, ең алдымен триггер шығыстарында кідіруді талап етеді. Есептік тәуелділіктегі байланыс кідірістері өздігінен пайда болмайды - олар кідіріс элементтерінің қосындылануынан туындайды.

Екіфазалы синхронизация

Мұндай синхронизация бір-біріне қатысты уақыт бойынша ығыстрылған екі тізбекті синхроимпульсті қолдануымен сипатталады (1. 2, а сурет) . Екі тізбекті импульс арасындағы интервал комбинациялық тізбектер жұмысы үшін бөлінеді. Көрші каскадтар әраттас сериялы синхроимпульстер алады (1. 2, б) сурет) .

Сурет - 1. 10 а), б)

С ₂ фазасының қозуы кезінде С ₁ фазасы триггерлерінің мәліметтері сәйкес КЦ арқылы С ₂ фаза триггерлеріне беріледі. С ₁ фазасының қозуы кезінде осы фаза триггерлері КЦ арқылы С ₂ фаза триггерлерінің мәліметтерін қабылдайды. Фазалардың кезектесіп қозуы мәліметтердің қандай да бір уақыт таласынсыз олардың өңделу арнасы бойынша берілуін қамтамасыз етеді, себебі мәліметтерді шығыру осы фазада жағдайын өзгертпейтін триггерлермен жүзеге асырылады, ал мәліметті қабылдау КЦ -дағы өтпелі процестер аяқталғаннан кейін жүзеге асырылады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.