Сдвиговые регистры.
Сдвиговый регистр - это последовательная логическая цепь, широко используемая для временного хранения данных. Данные могут быть загружены в сдвиговый регистр и удалены оттуда либо в параллельной, либо в последовательной форме. На рис.1 показаны четыре различных метода загрузки и чтения данных в сдвиговом регистре. Благодаря их способности перемещать данные по одному биту из одного места в другое, сдвиговые регистры полезны при выполнении различных логических операций.
Сдвиговые регистры состоят из соединенных между собой триггеров. Триггеры обладают всеми функциями необходимыми для регистра: их можно установить в исходное состояние, предустановить, переключить или управлять уровнями 1 или 0. На рис.2 изображён основной сдвиговый регистр, состоящий из четырёх триггеров. Он называется четырёхразрядным сдвиговым регистром, так как состоит из четырёх двоичных элементов хранения информации.
Важной особенностью сдвигового регистра является то, что он может перемещать данные вправо и влево по отношению к исходному положению разрядов. Это эквивалентно умножению и делению записанного числа на определённый множитель. Данные сдвигаются на один разряд при подаче каждого тактового импульса. Тактовые импульсы полностью управляют работой сдвигового регистра.
На рис.3 изображён типичный 4-х разрядный сдвиговый регистр, состоящий из JK-триггеров. Последовательные данные и их дополнения подаются на JK входы триггера А. Остальные триггеры соединены каскадно, то есть выходы одного подсоединены к выходам следующего. Переключатели всех триггеров соединены вместе, и по этой линии подаются тактовые импульсы. Поскольку все триггеры переключаются одновременно - цепь является синхронной. Кроме того, входы очистки каждого триггера соединены вместе и образуют линию сброса. Данные, поданные на вход, сдвигаются триггерами на один разряд по каждому тактовому импульсу. Например, если на вход сдвигового регистра подано двоичное число 1011, и подан сдвиговый импульс, то число, записанное в сдвиговом регистре, выдвигается на один разряд и теряется, тогда как новое число вдвигается на один разряд. На рис.4 показана последовательность совершаемых действий при записи числа в сдвиговый регистр.
Одним из наиболее частых применений сдвигового регистра является преобразование Данных из последовательной формы в параллельную, и наоборот. На рис.5 показано как данные в параллельном коде могут быть загружены в сдвиговый регистр. Для работы с данными в параллельном коде входные данные переустанавливаются в сдвиговом регистре. Когда данные находятся в сдвиговом регистре, они могут быть последовательно выдвинуты, как было описано ранее.
Для преобразования данных из последовательной формы в параллельную, они сначала помещаются в сдвиговый регистр с помощью тактовых импульсов. Когда данные находятся в сдвиговом регистре, выходы отдельных триггеров контролируются одновременно, и данные направляются по назначению. Сдвиговые регистры могут выполнять арифметические операции, такие как умножение или деление. Сдвиг двоичного числа, хранящегося в сдвиговом регистре, вправо, даёт такой же эффект, что и деление этого числа на некоторую степень 2. Сдвиг двоичного числа, хранящегося в сдвиговом регистре, влево, даёт такой же эффект, что и умножение этого числа на некоторую степень 2. Сдвиговые регистры предоставляют простой и недорогой способ выполнения умножения и деления чисел. Сдвиговые регистры часто используются для временного хранения данных. Сдвиговые регистры, используемые для хранения данных, способны хранить одно или более двоичных слов. Для сдвиговых регистров, применяемых для этих целей, существуют три требования: во-первых, он должен быть в состоянии принимать и хранить данные, во-вторых, быть способен находить и читать эти данные по команде и, в-третьих, когда данные прочитаны, они не должны быть потеряны.
На рис.6 изображены внешние цепи, позволяющие сдвиговому регистру читать и обслуживать данные, хранящиеся в нём. Когда на линии чтения/записи высокий уровень, она позволяет поместить в сдвиговый регистр новые данные. После того, как данные помещены в регистр, уровень на линии чтения/записи становится низким, открывается элемент 2, позволяющий данным перезаписаться во время их чтения.