Курс ЕРНур. 1. регистрлер 1 Регистрлерге сипаттама

• Название: 1. регистрлер 1 Регистрлерге сипаттама
• Дата: 20.12.2018
• Размер: 0.86 Mb.
• Имя файла: Курс ЕРНур.doc
• Тип: Документы; #61195
• страница: 2 из 3

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.

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 t₀ номинальды уақытында шеп t₀ - -дан t₀+ 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

Т2+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_и2+ t_{и min.} (1.3)

синхроимпульстердің параметірлерінанықтаудың 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)
С₂ фазасының қозуы кезінде С₁ фазасы триггерлерінің мәліметтері сәйкес КЦ арқылы С₂ фаза триггерлеріне беріледі. С₁ фазасының қозуы кезінде осы фаза триггерлері КЦ арқылы С₂ 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.

Екіфазалы жүйетің артықшылығы деңгеймен басқарылатын біртабалдырықты триггерлерді қолдану мүмкіндігі болып отыр. Бірақ синхроимпульстің екі фазасының болуы құрылғы сұлбасын күрделендіреді екіфазалы жүйе үшін синхроимпульстер параметрлерін есептеу бірфазалы жүйе үшін қолданылатын есептеу жолына негізделген, яғни триггер кірісіндегі ақпараттық сигнелдың t_s және t_H интервалында синхросигнал шаптерінің орналасуының ең нашар жағдайында және КЦ дағы кідірістер кезінде өзгермеуін қамтамасыз ету. СҚ жасау кезінде синхронизацияның түрлі жүйесі кездеседі, таңдау нақты шарттарымен анықталады. Соңғы кезде динамикалық басқарылуы бар триггерлі бірфазалы жүйе кең тараған.

Көпфазалы синхронизация синхроимпульстердің екіден артық сериясын қолданумен ерекшкленеді және оның бөліктерінің әртүрлі жылдамдығымен жұмысты ұйымдастру арқылы жүйе сапасын арттыру үшін пайдаланылады. Бұл негізгі жиілікті бірнеше жиілікке бөлумен және жүйенің жеке блоктарында жоғарыжиілікті синхросигналдарды қолданумен қамтамасыз етеді. Тізбектер және құрылғылар үшін синхронизацияның көпфазалы жүйесін қолдану тән емес.
1.3 Регистрлер және регистрлік файлдар
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.

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 1.11-суретте келтірілген.

Сурет - 1.11 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).

Регистрлік файлдар.

Статикалық регистрлерден регистрлік жады блоктары – регистрлік файлдарды құрады. ИР26 (КР1533, К555 және т.б сериялы) микросұлбада тәуелсіз және бір мезетте бір сөзді оқып, екіншісін жазу мүмкіндігі бар 4 төртразрядты сөзді сақтауға болады. Регистрлердің ақпараттық кірістері параллель жалғанған(1.12-сурет). WA және WB (ағылшынша Write - жазу) жазбаларындағы адрестер кірістері әрқайсысы D шығысында осы сәтте тұрған мәліметтерді «шертуге» болатын төрт комбинацияны береді.


Сурет - 1.12 регистрлік файл сұлбасы

Файл (регистр) құрамы RA және RB ( ағылшынша Read - оқу) адрестерімен санағыш дешифратор көмегімен (MUX мультиплексор адрестік кірістерімен) блоктың Q шығыстарына шақырылады. Мұндай адрестер төртеу.

Егер WE (Write Enable) жазуға рұқсат ету кірісінде төмен активті деңгей әрекет етсе, онда мәліметтер сәйкес регистрге келіп түседі, WE жоғарғы деңгейінде мәліметтер және адрестер үшін кірістер жабық.

Шығыс мәліметтері тура код түрінде шығарылады.

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.
2. РЕГИСТРЛЕРДІҢ ЖҰМЫС ІСТЕУ ҚАҒИДАСЫ

2.1 Ығыструшы регистр жұмысы
Ығыструшы регистр жұмысын (әрбір жаңа санды тергенде) сандар клавиатурасынан әрбір санды тергенде индикатордағы сандардың солға қарай ығымқанын көрсететін микроколькулятордан бақылауға болады. Мысалы, 573 санын теру үшін келесі қадамдар істеледі. Ең алдымен 5 санының клавинасын басамыз және жібереміз. Осыдан кейін 7 саны бар клавинасын басамыз және жібереміз. Нәтижесінде индикатордағы 5 саны бір позицияға солға қарай ығысады, ал оның орнына 7 саны пайда болады; Индикаторда 57 саны шығады соңында 9 санын басып, жібергеннен кейін индикаторда 579 саны пайда болады. Берілген мысалдан ығыструшы регистрдің екі негізгі сипаттамасн көруге болады: 1) ығыструшы регистр уақытша жадылы құрылғы, осыған орай индикатордағы сандар клавинаны жібергеннен кейін де сақталады; 2) бұл құрылғы индикатордағы сандарды, әрбір жаңа сан терілгенде, саны солға қарай бір позицияға ығыстрады. Осындай қасиеттеріне байланысты регистрлер көптеген сандық жүйелерде қолданылады.

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.


Сурет - 2.1 санау жүйесінде қолданылған ығыструшы регистр
Ығыструшы регистрлер мәліметтерді уақытша сақтау үшін қолданылады. 2.1-суретте санау жүйесінде қолданылған ығыструшы регистр келтірілген. Берілген сандық жүйе калькулятор болып табылады. Көңіл аударып қарасақ ығыструшы регистр уақытша буферлі жады ретінде шифратормен процессор, сондай-ақ процессор мен дешифратор арасында қолданылған. Олардың сандық жүйесінің басқа жерлерінде де қолдануға болады.
Тізбекті ығыструшы регистр

2.2 суретте қарапайым регистр сұлбасы көрсетілген. Бұл триггер төрт D-триггерлерінен жиналған. Мұндай регистр төртразрядты ығыструшы регистр деп аталады. А, В, С, D Мәліметтерінің төрт екілік разрядын сақтауға мүмкіндік береді.


Сурет - 2.2 тізбекті ығыструшы регистр
2.1.-кесте және 2.2-сурет көмегімен регистр жұмысын қадағалауға болады. Ең алдымен регистрді тазартамыз. (А, В, С, D шығыстарында логикалық 0 деңгейін орнатамыз). Бұл үшін СLR тазарту кірісіне логикалық 0 бі беру керек. Регистрдің алынған жағдайына (күйіне) 2.1-кестенің 1 жолы сәйкес келеді.
Кесте - 2.1 регистр жұмысын қадағалау кестесі

Кіріс импульсінің номері	Q1	Q2	Q3	Q4	...	Qn-1	Qn
0 1 2 3 ... n-2 n-1 n	1 0 0 0 ... 0 0 0	0 1 0 0 ... 0 0 0	0 0 1 0 ... 0 0 0	0 0 0 1 ... 0 0 0	... ... ... ... ... ... ... ...	0 0 0 0 ... 1 0 0	0 0 0 0 ... 0 1 0

Тактілі импульстер келіп түскенге дейін регистр шығыстары 0000 күйінде болады. СLК синхрондаушы кірісіне бірінші импульсті береміз индикатор 1000 санын көрсетеді (2.1-кестенің 3 жолы), себебі ТА триггерінің ақпараттық кірісіндегі тактілі импульстегі логикалық 1 оның Q шығысына ауыстрылады. Енді регистрдің ақпараттық кірісіндегі логикалық 1 кезінде осы бірлік әр тактілі импульспен А разрядына енгізіледі, ал оның алдында енгізілген бірліктер бір позицияға (разряд) оңға қарай (2 және 3 тактілі импульстері; 2.1 - кесте) ығысады. Дәл осындай ақпаратты кіріске логикалық 0 ді беру кезінде осы нөл әрбір тактілі импульспен А разрядына енгізіледі, ал оның алдында енгізілген бірліктер оңға қарай ығысады. (4-8 тактілі импульстері; 2.1 - кесте) 9 тактілі импульс кермес бұрын ақпаратты кірісте 1 орнатылады; ал 10 импульсінен бұрын бұл кіріс 0 ге оралады. 9-13 тактілі импульстер әсері нәтижесінде регистрге енгізілген бірлік индикаторда оңға қарай жылжиды. 2.1 - кестенің 15 жолы 13 импульсте бұл бірлік оң жақ ақырғы разрядтан кетіп, жоғалатынын көрсетеді.

D – триггерді, сондай-ақ, кідіруі бар триггер деп аталатынын да еске салайын, ол ақпараттық сигналды D кірісінен Q шығысына бір ырғаққа кідірумен береді.

2.2 - суретте көрсетілген құрылғыны тізбекті ығыструшы регистр деп атайды. Тізбекті тербелмелі бұл регистрге мәліметтер разрядтан соң разряд бойынша енгізілетінін көрсетеді. Мысалы, регистрге 0111 комбинациясын енгізу үшін 2.1-кестенің 1-ден 6-ға дейінгі жолдардың барлық жағдайынан тізбекті өту керек. 4-битті 0111 комбинациясын тізбекті ығыструшы регистрге жүктеу 5 ырғақ нәтижесінде жүзеге асырылады. (2 жолды есептемеуге болады). 2.1-кестеден көріп отырғагымыздай (10-14 жолдар) 5 ырғақ нәтижесінде 0001 комбинациясының да жүйелеуін жүзеге асыруға болады.

Регистрді жүктеудің тағы бір әдісі – параллель (немесе кеңейтілген) жүктеу, бұл жағдайда барлық ақпараттың биттер (разрядтар) регистрге бір тактілі импульс нәтижесінде, бір уақытта енгізіледі. Параллель регистр ретінде 7475 фиксаторын алуға болады. Екілік комбинацияның барлық 4 биттері рұқсат ету кірісіндегі 0 жоғарғы деңгей кезінде осы фиксаторға жүктеледі.

2.2-суреттегі ығыструшы регистрді сұлбаға тағы бір D триггерін қосу арқылы 5 –разрядтыға өзгертуге болады. Әдетте ығыструшы регистрлері 4-, 5- немесе 8- разрядты болады. Оларда тек D триггерді ғана емес, сонымен қатар басқа типтегі триггерлерді қолдануға болады (мысалы, JK - триггерлері немесе ырғақты RS - триггерлері).

Тізбекті ығыструшы регистр кемшілігі: ол әрбір ырғақты импульсте тек биттік ақпаратты енгізуге рұқсат етеді, және ақпараттың регистрде оңға қарай ығысуы кезінде оң жақтағы соңғы ақпараттық бит жоғалады.
Параллель ығыструшы регистр.

2.3-суретте 4 бит ақпаратты бір уақытта параллель жүктеуге мүмкіндік беретін жүйе көрсетілген. Бұл құрылғының А, В, С, D кірістері ақпараттық болып табылады. Бұл жүйені тағы бір пайдалы қасиетпен толықтруға болады. Ол – құрылғы шығысындағы мәлімет жоғалмай оның кірісіне қайта оралатын ақпараттың сақиналы жалжу мүмкіндігі.

2.3-суретте 4-разрядты сақиналы параллель ығыструшы регистр сұлбасы көрсетілген. Бұл ығыструшы регистрде төрт JK – триггерлері қолданылған. TD Триггерінің Q және Q шығыстарынан ТА триггерінің J және К кірістері арасындағы кері байланыс тізбегіне көңіл аудару қажет. Осы кері байланыс тізбегінің арқасында регистрге енгізілген ақпарат жоғалмай ығыструшы регистрде айналып отырады (регистрді тазарту). СLR кірісіндегі логикалық 0 деңгейі регистрді тазарту сигналы болып табылады (регистр кірістерін 0000 жағдайына келтіру). А, В, С және D мәліметі параллель жүктеу кірістері триггерді ақырғы орнату шығыстарымен (РS) байланысқан, ол логикалық 0 деңгейін кезкелген кірісте орнатуға мүмкіндік береді. Егер осы кірістердің біріне, тіпті қысқа уақыттың аралығында логикалық 0 берсек, онда сәйкес шығыста логикалық 1 орнатылады. Барлық JK триггерлерінің СLL кірістеріне тактілі импульс берсек ақпараттың оңға қарай ығысуын туғызады.