Registri digitali

Il flip-flop è una cella di memoria da 1 bit che può essere utilizzata per memorizzare i dati digitali. Per aumentare la capacità di archiviazione in termini di numero di bit, dobbiamo utilizzare un gruppo di flip-flop. Un tale gruppo di flip-flop è noto come aRegister. Iln-bit register consisterà di n numero di flip-flop ed è in grado di memorizzare un file n-bit parola.

I dati binari in un registro possono essere spostati all'interno del registro da un flip-flop a un altro. I registri che consentono tali trasferimenti di dati sono chiamati comeshift registers. Ci sono quattro modalità di funzionamento di un registro a scorrimento.

  • Ingresso seriale Uscita seriale
  • Ingresso seriale Uscita parallela
  • Ingresso parallelo Uscita seriale
  • Parallel Input Parallel Output

Ingresso seriale Uscita seriale

Lascia che tutti i flip-flop siano inizialmente nella condizione di ripristino, ad esempio Q 3 = Q 2 = Q 1 = Q 0 = 0. Se nel registro viene inserita un'entrata di un numero binario a quattro bit 1 1 1 1, questo numero dovrebbe essere applicata aiDinbit con il bit LSB applicato per primo. L'ingresso D dell'FF-3, ovvero D 3, è collegato all'ingresso dati serialeDin. L'uscita di FF-3 cioè Q 3 è collegata all'ingresso del prossimo flip-flop, cioè D 2 e così via.

Diagramma a blocchi

Operazione

Prima dell'applicazione del segnale di clock, lasciare Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 0000 e applicare il bit LSB del numero da inserire a D in . Quindi D in = D 3 = 1. Applicare l'orologio. Sul primo fronte di discesa del clock, l'FF-3 è impostato e la parola memorizzata nel registro è Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1000.

Applicare il bit successivo a D in . Quindi D in = 1. Non appena viene raggiunto il successivo fronte negativo del clock, FF-2 verrà impostato e la parola memorizzata cambierà in Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1100.

Applicare il bit successivo da memorizzare, ad esempio da 1 a D in . Applicare l'impulso di clock. Non appena viene raggiunto il terzo fronte di clock negativo, FF-1 verrà impostato e l'uscita verrà modificata in Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1110.

Allo stesso modo con D in = 1 e con il quarto fronte negativo di clock in arrivo, la parola memorizzata nel registro è Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 = 1111.

Tabella della verità

Forme d'onda

Ingresso seriale Uscita parallela

  • In tali tipi di operazioni, i dati vengono inseriti in serie e estratti in modo parallelo.

  • I dati vengono caricati bit per bit. Le uscite sono disabilitate finché i dati vengono caricati.

  • Non appena il caricamento dei dati viene completato, tutti i flip-flop contengono i dati richiesti, le uscite vengono abilitate in modo che tutti i dati caricati siano resi disponibili su tutte le linee di uscita contemporaneamente.

  • Sono necessari 4 cicli di clock per caricare una parola di quattro bit. Quindi la velocità di funzionamento della modalità SIPO è uguale a quella della modalità SISO.

Diagramma a blocchi

Parallel Input Serial Output (PISO)

  • I bit di dati vengono inseriti in modo parallelo.

  • Il circuito mostrato di seguito è un registro di uscita seriale di ingresso parallelo a quattro bit.

  • L'uscita del precedente Flip Flop è collegata all'ingresso del successivo tramite un circuito combinatorio.

  • La parola di ingresso binaria B 0 , B 1 , B 2 , B 3 viene applicata attraverso lo stesso circuito combinatorio.

  • Ci sono due modalità in cui questo circuito può funzionare, vale a dire: modalità cambio o modalità caricamento.

Modalità di caricamento

Quando la linea della barra di spostamento / caricamento è bassa (0), le porte AND 2, 4 e 6 diventano attive e passano i bit B 1 , B 2 , B 3 ai flip-flop corrispondenti. Sul fronte inferiore del clock, l'ingresso binario B 0 , B 1 , B 2 , B 3 verrà caricato nei flip-flop corrispondenti. Così avviene il caricamento parallelo.

Modalità Shift

Quando la linea della barra di spostamento / caricamento è bassa (1), le porte AND 2, 4 e 6 diventano inattive. Quindi il caricamento parallelo dei dati diventa impossibile. Ma le porte AND 1,3 e 5 diventano attive. Pertanto lo spostamento dei dati da sinistra a destra bit per bit su applicazione di impulsi di clock. Così ha luogo l'operazione di uscita parallela in seriale.

Diagramma a blocchi

Ingresso parallelo Uscita parallela (PIPO)

In questa modalità, l'ingresso binario a 4 bit B 0 , B 1 , B 2 , B 3 viene applicato agli ingressi dati D 0 , D 1 , D 2 , D 3 rispettivamente dei quattro flip-flop. Non appena viene applicato un fronte di clock negativo, i bit binari di ingresso verranno caricati simultaneamente nei flip-flop. I bit caricati appariranno simultaneamente sul lato di uscita. Solo l'impulso di clock è essenziale per caricare tutti i bit.

Diagramma a blocchi

Registro a scorrimento bidirezionale

  • Se un numero binario viene spostato a sinistra di una posizione, equivale a moltiplicare il numero originale per 2. Allo stesso modo, se un numero binario viene spostato a destra di una posizione, equivale a dividere il numero originale per 2.

  • Quindi, se vogliamo usare il registro a scorrimento per moltiplicare e dividere il numero binario dato, allora dovremmo essere in grado di spostare i dati nella direzione sinistra o destra.

  • Tale registro è chiamato registro bidirezionale. Un registro a scorrimento bidirezionale a quattro bit è mostrato in fig.

  • Ci sono due ingressi seriali, vale a dire l'ingresso dati di spostamento a destra seriale DR e l'ingresso dati di spostamento a sinistra seriale DL insieme a un ingresso di selezione della modalità (M).

Diagramma a blocchi

Operazione

SN Condizione Operazione
1 With M = 1 − Shift right operation

Se M = 1, le porte AND 1, 3, 5 e 7 sono abilitate mentre le restanti porte AND 2, 4, 6 e 8 saranno disabilitate.

I dati in D R vengono spostati a destra bit per bit da FF-3 a FF-0 sull'applicazione di impulsi di clock. Quindi con M = 1 otteniamo l'operazione di shift a destra seriale.
2 With M = 0 − Shift left operation

Quando il controllo della modalità M è collegato a 0, le porte AND 2, 4, 6 e 8 sono abilitate mentre 1, 3, 5 e 7 sono disabilitate.

I dati in D L vengono spostati a sinistra bit per bit da FF-0 a FF-3 sull'applicazione di impulsi di clock. Quindi con M = 0 otteniamo l'operazione di shift a destra seriale.

Registro di turno universale

Un registro a scorrimento che può spostare i dati in una sola direzione è chiamato registro a scorrimento unidirezionale. Un registro a scorrimento che può spostare i dati in entrambe le direzioni è chiamato registro a scorrimento bidirezionale. Applicando la stessa logica, un registro a scorrimento che può spostare i dati in entrambe le direzioni e caricarli parallelamente, è noto come registro a scorrimento universale. Il registro a scorrimento è in grado di eseguire la seguente operazione:

  • Caricamento parallelo
  • Spostamento a sinistra
  • Cambio a destra

L'ingresso di controllo della modalità è collegato a 1 logico per il funzionamento in parallelo mentre è collegato a 0 per lo spostamento seriale. Con il pin di controllo della modalità collegato a massa, il registro a scorrimento universale funge da registro bidirezionale. Per il funzionamento seriale a sinistra, l'ingresso viene applicato all'ingresso seriale che va all'AND gate-1 mostrato in figura. Mentre per l'operazione di spostamento a destra, l'ingresso seriale viene applicato all'ingresso D.

Diagramma a blocchi