Войти
В цифровых схемах регистр сдвига представляет собой каскад переворота flops, совместно использующие одни и те же часы clock, в которых выход каждого триггера соединен с входом "данных" следующего триггера в цепочке, в результате чего получается схема, которая смещается на на одну позицию хранится «битовый массив », «сдвигая» данные, присутствующие на его входе, и «сдвигая» последний бит в массиве при каждом переходе тактового входа.
В более общем смысле сдвиговый регистр может быть многомерным, так что его «входящие данные» и выходы каскада сами являются битовыми массивами; это реализуется простым параллельным запуском нескольких регистров сдвига одинаковой длины в битах.
Регистры сдвига могут иметь как параллельные, так и последовательные входы и выходы. Они часто конфигурируются как «последовательный вход, параллельный выход» (SIPO) или как «параллельный вход, последовательный выход» (PISO). Есть также типы с последовательным и параллельным входом и типы с последовательным и параллельным выходом. Также существуют «двунаправленные» регистры сдвига, которые позволяют сдвиг в обоих направлениях: L → R или R → L. Последовательный вход и последний выход сдвигового регистра также могут быть соединены для создания «циклического сдвигового регистра». Регистр PIPO (параллельный вход, параллельный выход) работает очень быстро - выход выдается в течение одного тактового импульса.
| Время | Выход 1 | Выход 2 | Выход 3 | Выход 4 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 6 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 7 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Это простейшие типы регистров сдвига. Строка данных представлена как «Data In» и сдвигается на одну ступень вправо каждый раз, когда «Data Advance» устанавливается на высокий. При каждом продвижении крайний левый бит (т.е. «Data In») сдвигается в вывод первого триггера. Крайний правый бит (т.е. «Data Out») смещается и теряется.
Данные сохраняются после каждого триггера на выходе «Q», поэтому в этой конфигурации доступно четыре «слота» хранения, следовательно, это 4-битный регистр. Чтобы дать представление о схеме сдвига, представьте, что регистр содержит 0000 (так что все слоты памяти пусты). Поскольку «Data In» представляет 1,0,1,1,0,0,0,0 (в этом порядке, каждый раз с импульсом в «Data Advance» - это называется синхронизацией или стробированием) в регистр, это результат. Правый столбец соответствует выходному выводу самого правого триггера и т. Д.
Таким образом, последовательный вывод всего регистра равен 00001101. Видно, что если бы данные продолжали вводить, они бы получили именно то, что были введены (10110000), но смещены на четыре "Data Advance". "циклы. Это устройство является аппаратным эквивалентом очереди . Кроме того, в любое время весь регистр можно обнулить, установив высокий уровень на выводах сброса (R).
Эта компоновка выполняет деструктивное считывание - каждая система данных теряется после того, как она была сдвинута из самого правого бита.
Эта конфигурация позволяет преобразовать последовательный формат в параллельный. Ввод данных является последовательным, как описано в разделе SISO выше. После того, как данные были синхронизированы, они могут быть либо считаны на каждом выходе одновременно, либо их можно сдвинуть.
В этой конфигурации каждый триггер срабатывает по фронту. Все триггеры работают на заданной тактовой частоте. Каждый входной бит направляется к N-му выходу после N тактов, что приводит к параллельному выходу.
В случаях, когда параллельные выходы не должны изменяться во время процесса последовательной загрузки, желательно использовать фиксированный или буферизованный выход. В регистре сдвига с защелкой (например, 74595 ) последовательные данные сначала загружаются во внутренний буферный регистр, а затем после получения сигнала загрузки состояние буферного регистра копируется в набор выходных регистров.. В общем, практическое применение сдвигового регистра последовательного ввода / параллельного вывода состоит в преобразовании данных из последовательного формата на одном проводе в параллельный формат на нескольких проводах.
В этой конфигурации данные вводятся по линиям с D1 по D4 в параллельном формате, причем D1 является старшим битом. Чтобы записать данные в регистр, контрольная линия записи / сдвига должна находиться в НИЗКОМ состоянии. Чтобы сдвинуть данные, линия управления W / S переводится в ВЫСОКИЙ уровень, а регистры синхронизируются. Теперь устройство действует как сдвиговый регистр PISO с D1 в качестве входа данных. Однако до тех пор, пока количество тактов не превышает длину строки данных, выход данных Q будет считаться параллельными данными по порядку.
4-битный регистр сдвига PISO На анимации ниже показана последовательность записи / сдвига, включая внутреннее состояние сдвигового регистра.
Toshiba TC4015BP - двойной 4-ступенчатый регистр статического сдвига (с последовательным вводом / параллельным выводом) Одним из наиболее распространенных применений регистра сдвига является преобразование между последовательным и параллельным интерфейсами. Это полезно, так как многие схемы работают с группами битов параллельно, но последовательные интерфейсы проще построить. Регистры сдвига могут использоваться как простые схемы задержки. Несколько двунаправленных регистров сдвига также могут быть подключены параллельно для аппаратной реализации стека ..
Регистры SIPO обычно подключаются к выходу микропроцессоров, когда требуется больше контактов ввода / вывода общего назначения чем есть в наличии. Это позволяет управлять несколькими двоичными устройствами, используя только два или три контакта, но медленнее, чем при параллельном выходе. Рассматриваемые устройства подключаются к параллельным выходам сдвигового регистра, и желаемое состояние для всех этих устройств может быть отправлено из микропроцессора с помощью одного последовательного соединения. Точно так же конфигурации PISO обычно используются для добавления большего количества двоичных входов к микропроцессору, чем доступно - каждый двоичный вход (например, кнопка или более сложная схема) подключается к параллельному входу сдвигового регистра, затем данные отправляются обратно через последовательный к микропроцессору, используя на несколько строк меньше, чем требовалось изначально.
Регистры сдвига также могут использоваться как расширители импульсов. По сравнению с моностабильными мультивибраторами, синхронизация не зависит от значений компонентов, однако для этого требуются внешние часы, а точность синхронизации ограничена степенью детализации этих часов. Пример: Ronja Twister, где пять регистров сдвига 74164 таким образом образуют ядро временной логики (схема ).
В ранних компьютерах регистры сдвига использовались для обработки данных: два числа, которые нужно было добавить, хранились в двух регистрах сдвига и синхронизировались в арифметико-логическом устройстве (ALU) с помощью результат возвращается на вход одного из регистров сдвига (аккумулятора), который был на один бит длиннее, поскольку двоичное сложение может привести только к ответу того же размера или на один бит длиннее.
Многие компьютерные языки включают инструкции для «сдвига вправо» и «влево» данных в регистре, эффективного деления на два или умножения на два для каждого сдвигаемого места.
Очень большие регистры сдвига с последовательным входом и выходом (размером в тысячи бит) использовались аналогично более ранней памяти линии задержки в некоторых устройствах, построенных в начале 1970-х годов. Такие воспоминания иногда называли «циркулирующей памятью». Например, терминал Datapoint 3300 сохранил свое отображение из 25 строк по 72 столбца символов верхнего регистра с использованием пятидесяти четырех 200-битных регистров сдвига, расположенных на шести дорожках по девять пакетов. каждый, обеспечивая хранение 1800 шестибитных символов. Конструкция сдвигового регистра означала, что прокрутку дисплея терминала можно было выполнить, просто приостановив вывод на дисплей, чтобы пропустить одну строку символов.
Одним из первых известных примеров сдвигового регистра был в Mark 2 Colossus, машине для взлома кода, построенной в 1944 году. Это было шестиступенчатое устройство, построенное из электронных ламп и тиратронов. Сдвиговый регистр также использовался в машине IAS, построенной Джоном фон Нейманом и другими в Институте перспективных исследований в конце 1940-х годов.
