Просмотр кода страницы Регистр (цифровая техника)

{{другие значения|Регистр}}

[[Файл:4-Bit SIPO Shift Register.png|thumb|300px|4-х разрядный сдвиговый регистр, преобразователь последовательного кода в параллельный и обратно]]
'''Регистр''' — устройство для записи, хранения и считывания {{mvar|n}}-разрядных [[двоичная система счисления|двоичных]] данных и выполнения других операций над ними<ref>{{публикация|книга|автор=Габриелян Ш.,  Вахтина Е.|заглавие=Электротехника и электроника. Методические рекомендации|место=Ставрополь|издательство=Аргус|год=2013|isbn=978-5-9596-0837-8|страницы=32}}</ref>.

Регистр представляет собой упорядоченный набор [[триггер]]ов, обычно [[D-триггер]]ов, число которых соответствует числу разрядов в [[Машинное слово|слове]]. С регистром может быть связано [[Комбинационная логика|комбинационное цифровое устройство]], с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами.

Основой построения регистров являются: [[Триггер#D-триггеры|D-триггеры]], [[Триггер#RS-триггеры|RS-триггеры]], [[Триггер#JK-триггер|JK-триггеры]].

== Операции в регистрах ==
Типичными являются следующие операции:

* приём [[Машинное слово|слова]] в регистр (установка [[состояние|состояния]]);
* передача слова из регистра;
* [[битовый сдвиг|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<ref>http://wiki.miem.edu.ru/index.php/Схемотехника:Лекции {{Wayback|url=http://wiki.miem.edu.ru/index.php/%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%3A%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8 |date=20100117193835 }} 
Глава 11 Раздел 1.1 11.1.Классификация регистров</ref> по следующим видам:

* накопительные (регистры памяти, хранения)<ref>http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/2/2.html {{Wayback|url=http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/2/2.html |date=20080225080743 }} Интернет университет информационных технологий. Архитектура и организация ЭВМ. В. В. Гуров, В. О. Чуканов. 2.Лекция: Основные функциональные элементы ЭВМ, часть 2. Регистр хранения. Рис.2.5. Структура четырёхразрядного регистра хранения с асинхронным входом установки в '''0'''. Рис.2.6. Условно-графическое обозначение четырёхразрядного регистра хранения с асинхронным входом установки в '''0'''</ref><ref>http://www.bashedu.ru/perspage/wsap/posobie/chapter3/6.htm{{Недоступная ссылка|date=Ноябрь 2018 |bot=InternetArchiveBot }} Основы цифровой электроники. 3.6. Регистры. Регистры хранения. Рис.3.25. Функциональные схемы основных типов регистров. Рис. 3.26. Регистры хранения, на D-триггерах, синхронизируемых уровнем синхроимпульса (а), фронтом (б) и на RS-триггерах, синхронизируемых фронтом (в)</ref>;
* сдвигающие или сдвиговые<ref>http://www.gsm-guard.net/glossary/_r.htm {{Wayback|url=http://www.gsm-guard.net/glossary/_r.htm |date=20090106173410 }} Глоссарий. Регистр сдвига (Shifter)</ref><ref>http://kpe.hww.ru/spravka_circuitry/rs.htm {{Wayback|url=http://kpe.hww.ru/spravka_circuitry/rs.htm |date=20071117063129 }} Регистры сдвига</ref><ref>http://dssp.karelia.ru/~ivash/ims/t12/TEMA6.HTM {{Wayback|url=http://dssp.karelia.ru/~ivash/ims/t12/TEMA6.HTM |date=20090609072450 }} Регистры сдвига. Рис.1. Регистры сдвига на JK-триггерах</ref><ref>http://www.airalania.ru/airm/147/53/index.shtml {{Wayback|url=http://www.airalania.ru/airm/147/53/index.shtml# |date=20090306234951 }} 6.1. Регистры сдвига и кольцевые счётчики</ref><ref>http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/2/2.html {{Wayback|url=http://www.intuit.ru/department/hardware/archhard2/2/2.html |date=20080225080743 }} Интернет университет информационных технологий. Архитектура и организация ЭВМ. В. В. Гуров, В. О. Чуканов. 2.Лекция: Основные функциональные элементы ЭВМ, часть 2. Регистр сдвига. Рис.2.7. Структура регистра сдвига. Рис.2.8. Условно-графическое обозначение четырёхразрядного регистра сдвига с асинхронным входом установки в '''0'''</ref><ref>http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/log_basis/registr2.html {{Wayback|url=http://dfe3300.karelia.ru/koi/posob/log_basis/registr2.html# |date=20090820052808 }} Логические основы ЭВМ. Параллельные регистры сдвига. Рис.9.1 Структурная схема 4-разрядного параллельного кольцевого регистра. Рис.9.2. Логическая схема 4-разрядного кольцевого регистра</ref><ref>http://www.bashedu.ru/perspage/wsap/posobie/chapter3/6.htm{{Недоступная ссылка|date=Ноябрь 2018 |bot=InternetArchiveBot }} Основы цифровой электроники. 3.6. Регистры. Регистры сдвига. Рис. 3.27. Регистры сдвига на D-триггерах а), RS-триггерах б) и комбинированный регистр на D-триггерах</ref><ref>http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html {{Wayback|url=http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html |date=20081206194650 }} 7.РЕГИСТРЫ. 7.1. Сдвиговые регистры. Рис. 248. Двенадцатиразрядный сдвигающий регистр</ref><ref>http://shema.relline.ru/main/lections/second/Reg_sdwig {{Wayback|url=http://shema.relline.ru/main/lections/second/Reg_sdwig# |date=20090525035022 }} МГИЭМ. Схемотехника. Лекции. Регистры сдвига. Реализация регистров сдвига на однотактных RS триггерах. Трёхтактный регистр сдвига</ref><ref>http://www.exponenta.ru/educat/systemat/1006/3_projects/vavilkin_kornilov.asp {{Wayback|url=http://www.exponenta.ru/educat/systemat/1006/3_projects/vavilkin_kornilov.asp |date=20090523102524 }} Рис.2 Сдвиговый регистр, составленный из четырёх D-триггеров. Рис.3 Типичный сдвиговый регистр, составленный из четырёх JK-триггеров. Рис.5 Загрузка данных в сдвиговый регистр при использовании параллельного ввода.</ref><ref>http://it.fitib.altstu.ru/neud/shemotechnika/index.php?doc=teor&st=141 {{Wayback|url=http://it.fitib.altstu.ru/neud/shemotechnika/index.php?doc=teor&st=141 |date=20140106065833 }} Схемотехника. 12.1.1. Сдвигающий регистр</ref>.

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<ref>http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html {{Wayback|url=http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html |date=20081206194650 }} 7.РЕГИСТРЫ. Рис.208. Параллельный регистр</ref>;
** 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<ref>http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html {{Wayback|url=http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html |date=20081206194650 }} 7.РЕГИСТРЫ. Рис.209. Последовательный регистр</ref><ref>http://kt1bladerunner.livejournal.com/1339.html Последовательный регистр сдвига. Рис.6 Структурная схема 4-разрядного параллельного кольцевого регистра. Рис. 7. Логическая схема 4-разрядного параллельного кольцевого регистра</ref>;
** комбинированные;

* по направлению передачи информации:
** однонаправленные;
** реверсивные<ref>http://www.erudition.ru/referat/ref/id.36006_1.html {{Wayback|url=http://www.erudition.ru/referat/ref/id.36006_1.html |date=20090204115407 }} 16-ти разрядный реверсивный регистр сдвига</ref><ref>http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html {{Wayback|url=http://www.texnic.ru/tools/cif_ms/7.html |date=20081206194650 }} 7.РЕГИСТРЫ. Рис.210. Реверсивный регистр</ref>.

== Типы регистров ==
Регистры различают по типу ввода (загрузки, приёма) и вывода (выгрузки, выдачи) информации:
# С [[Последовательное соединение (информатика)|последовательным]] вводом и выводом информации
# С [[Параллельное соединение (информатика)|параллельным]] вводом и выводом информации
# С параллельным вводом и последовательным выводом. Например: SN74LS165J(N), SN74166J(N), SN74LS166J(N)
# 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 ([[Магистральный параллельный интерфейс|в микропроцессорных системах с магистральной организацией]]) регистры непосредственно на [[Системная шина|магистраль]] в качестве регистров, буферных регистров, регистров ввода-вывода, магистрального передатчика и т. д. без дополнительных схем интерфейса.

Помимо вышеописанных двоичных регистров, регистр может основываться и на иной [[система счисления|системе счисления]], например [[троичная система счисления|троичной]]{{переход|#Троичные регистры}} или [[десятичная система счисления|десятичной]].

=== Параллельные регистры ===
В параллельных (статических) 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. Пример схемы статического регистра, построенного на триггерах типа D с прямыми динамическими входами, имеющего входы сброса и выходы с третьим состоянием, управляемые сигналом EZ.

=== Сдвигающие (последовательные) регистры ===
{{См. также|:en:Shift register|Регистр сдвига с линейной обратной связью|Регистр сдвига с обратной связью по переносу|Потоковый шифр}}
Сдвиговые регистры (или ''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 [[тактовый сигнал|тактового сигнала]]. Вход и выход последовательные ({{lang-en|Data Serial Right, DSR}}).

Согласно требованиям синхронизации в сдвигающих регистрах, не имеющих логических элементов в межразрядных связях, нельзя применять одноступенчатые триггеры, управляемые уровнем, поскольку некоторые триггеры могут за время действия разрешающего 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 сдвигающие регистры управляются несколькими синхропоследовательностями. Из их числа наиболее известны двухтактные с основным и дополнительным регистрами, построенными на простых одноступенчатых триггерах, управляемых уровнем. По такту С1 содержимое основного регистра переписывается в дополнительный, а по такту С2 возвращается в основной, но уже в соседние разряды, что соответствует сдвигу слова. По затратам 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 загрузкой и тремя состояниями выходов, имеющий три режима работы: параллельная загрузка, сдвиг влево и блокировка. На основе регистра может быть построен реверсивный сдвигающий регистр с последовательным вводом данных и режимами сдвига влево и вправо<ref>{{книга
 | автор         = {{nobr|Пухальский Г. И.}}, {{nobr|Новосельцева Т. Я.}}
 | заглавие      = Цифровые устройства: Учебное пособие для вузов
 | ссылка       = https://archive.org/details/isbn_5732503595
 | место         = СПб.
 | издательство  = Политехника
 | год           = 1996
 | страницы      = [https://archive.org/details/isbn_5732503595/page/n598 600]
 | страниц       = 885
 | isbn          = 5-7325-0359-5
}}</ref>.
* 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 ==
{{main|Регистры процессора}}

По назначению [[регистры процессора]] различаются на:
* аккумулятор — используется для хранения промежуточных результатов арифметических и логических операций и инструкций ввода-вывода;
* [[Регистр флагов|флаговые]] — хранят признаки результатов арифметических и логических операций;
* общего назначения — хранят операнды арифметических и логических выражений, индексы и адреса;
* [[Индексный регистр|индексные]] — хранят индексы исходных и целевых элементов [[Массив (тип данных)|массив]]а;
* [[Указатель (тип данных)|указательные]] — хранят указатели на специальные области памяти (указатель текущей операции, указатель базы, указатель стека);
* [[Сегментная адресация памяти|сегментные]] — хранят адреса и [[селектор]]ы сегментов памяти;
* управляющие — хранят информацию, управляющую состоянием процессора, а также адреса системных таблиц.

== Троичные регистры ==
{{main|Троичный компьютер #Узлы троичных ЭВМ}}

[[троичный компьютер|Троичные]] регистры строятся на [[троичный триггер|троичных триггерах]]. Как и троичные триггеры, троичные регистры могут быть разных троичных систем кодирования троичных данных (троичных разрядов): трёхуровневая однопроводная, двухуровневая двухразрядная двухпроводная, двухуровневая трёхразрядная одноединичная трёхпроводная, двухуровневая трёхразрядная однонулевая трёхпроводная и др.

[[Файл:3b9rrg.jpg|100px|справа]]
На рисунке справа приведена схема девятиразрядного параллельного статического стробируемого троичного регистра данных на трёх трёхразрядных параллельных статических стробируемых троичных регистрах данных в трёхбитной одноединичной системе троичных логических элементов (линии с обозначением 3В: трёхпроводные), имеющего ёмкость в показательной позиционной [[троичная система счисления|троичной системе счисления]] <math>3^9=19 683</math> чисел (кодов).

== См. также ==
* [[Триггер]]
* [[Счётчик (электроника)]]
* [[Сумматор]]
* [[Полусумматор]]
* [[Шифратор (электроника)]]
* [[Дешифратор]]
* [[Мультиплексор (электроника)]]
* [[Демультиплексор]]
* [[Цифровой компаратор]]
* [[Логические элементы]]

== Примечания ==
{{примечания|colwidth=30em}}

== Литература ==
* {{книга
|заглавие = Алгоритмические трюки для программистов
|часть = '''Глава 2. Основы'''
|оригинал = Hacker's Delight
|автор = Генри С. Уоррен, мл.
|ссылка = 
|isbn = 0-201-91465-4
|страницы = 288
|год = 2007
|место =  М.
|издательство = [[Вильямс (издательство)|«Вильямс»]]
}}
* {{книга
|заглавие = Зарубежные интегральные микросхемы для промышленной электронной аппаратуры: Справочник
|часть = Раздел 3. Цифровые интегральные микросхемы и их электрические параметры
|оригинал = 
|автор = Нефедов А.В, Савченко А.М., Феоктистов Ю.Ф. Под редакцией Широкова Ю.Ф.
|ссылка = 
|isbn = 5-283-01540-8
|страниц = 288
|год = 1989
|место =  М.
|издательство = Энергоатомиздат
}}
* {{книга
|заглавие = Логические ИМС КР1533, КР1554. Справочник
|часть = Функциональный состав микросхем серии КР1533: 5. Регистры; Функциональный состав микросхем серии КР1554: 4. Регистры
|оригинал = 
|автор = Петровский И.И., Прибыльский А.В,, Троян А.А., Чувелов В.С.
|ссылка = 
|isbn = 5-85959-045-5
|страниц = 497
|год = 1993
|место =  М.
|издательство = ТОО «Бином»
}}
* {{книга
 | автор         = Аверченков О. Е.
 | заглавие      = Схемотехника: аппаратура и программы
 | место         = М.
 | издательство  = ДМК Пресс
 | год           = 2012
 | страниц       = 588
 | isbn          = 978-5-94074-402-3
 | ref           = Аверченков
}}

== Ссылки ==
* [http://leso.sibsutis.ru/index.php?act=metod&target=metod_leso2_5 Методические указания.] Исследование регистров

[[Категория:Логические элементы]]