寄存器是由觸發(fā)器組成的,一個觸發(fā)器是一個一位寄存器。多個觸發(fā)器就可以組成一個多位的寄存器。由于寄存器在計算機(jī)中的作用不同,從而被命名不同,常用的有緩沖寄存器、移位寄存器、計數(shù)器等。下面我們就簡單的來介紹下這些寄存器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理。
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緩沖寄存器
它是用來暫存某個數(shù)據(jù),以便在適當(dāng)?shù)臅r間節(jié)拍和給定的計算步驟將數(shù)據(jù)輸入或輸出到其它記憶單元中去,下圖是一個并行輸入、并行輸出的4位緩沖器的電路原理圖,它由4個D觸發(fā)器組成。
啟動時,先在清零端加清零脈沖,把各觸發(fā)器置0,即Q端為0。然后,把數(shù)據(jù)加到觸發(fā)器的D輸入端,在CLK時鐘信號作用下,輸入端的信息就保存在各觸發(fā)器中(D0~D3)。
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移位寄存器
移位寄存器能將所儲存的數(shù)據(jù)逐位向左或向右移動,以達(dá)到計算機(jī)運(yùn)行過程中所需的功能,請看下圖
啟動時,先在清零端加清零脈沖,使觸發(fā)器輸出置0。然后,第一個數(shù)據(jù)D0加到觸發(fā)器1的串行輸入端,在第一個CLK脈沖的上升沿Q0=Q0,Q1=Q2。Q3=Q0。其后,第二個數(shù)據(jù)D1加到串行輸入端,在第二個CLK脈沖到達(dá)時,Q0=Q1,Q1=Q0,Q2=Q3=0。以此類推,當(dāng)?shù)谒膫€CLK來到之后,各輸出端分別是Q0=Q3,Q1=Q2,Q2=Q1,Q3=Q0。輸出數(shù)據(jù)可用串行的形式取出,也可用并行開式取出。
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計數(shù)器
計數(shù)器也是由若干個觸發(fā)器組成的寄存器,它的特點(diǎn)是能夠把存款在其中的數(shù)據(jù)加1或減1。計數(shù)器的種類也很多,有行波計數(shù)器、同步計數(shù)器等,下面我們就以行波計數(shù)器向大家作個介紹。
下圖就是一個由J-K觸發(fā)器組成的行波計數(shù)器的工作原理圖。這種計數(shù)器的特點(diǎn)是:第一個時鐘脈沖促使其最低有效位加1,使其由0變1;第二個時鐘脈沖促使最低有效位由1變0。同時推動第二位,使其由0變1;同理,第二位由1變0時又去推動第三位,使其由0變1,這樣有如水波前進(jìn)一樣逐位進(jìn)位下去。
上圖中各位的J、K輸入端都是懸浮的,這相當(dāng)于J、K輸入端都是置1的狀態(tài),即各位都處于準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)。只要時鐘脈沖邊沿一到,最右邊的觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn),即Q由0轉(zhuǎn)為1或由1轉(zhuǎn)為0。
上圖中的這個計數(shù)器是4位的,因此可以計015的數(shù)。如果要計更多的數(shù),需要增加位數(shù),如8位計數(shù)器可計0255的數(shù),16位則可計0~65535的數(shù)。
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三態(tài)門(三態(tài)緩沖器)
為減少信息傳輸線的數(shù)目,大多數(shù)計算機(jī)中的信息傳輸線均采用總線形式,即凡要傳輸?shù)耐愋畔⒍甲咄唤M傳輸線,且信息是分時傳送的。在計算機(jī)中一般有三組總線,即數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。為防止信息相互干擾,要求凡掛在總線上的寄存器或存儲器等,它的傳輸端不僅能呈現(xiàn)0、1兩個信息狀態(tài),而且還應(yīng)能呈現(xiàn)第三種狀態(tài)——高阻抗?fàn)顟B(tài)(又稱高阻狀態(tài)),即此時好像它們的輸出被斷開,對總線狀態(tài)不起作用,此時總線可由其它器件占用。三態(tài)門即可實(shí)現(xiàn)上述的功能,它除具有輸入輸出端之外,還有一控制端,請看下圖。
當(dāng)控制端E=1時,輸出=輸入,此時總線由該器件驅(qū)動,總線上的數(shù)據(jù)由輸入數(shù)據(jù)決定;
當(dāng)控制端E=0時,輸出端呈高阻抗?fàn)顟B(tài),該器件對總線不起作用。當(dāng)寄存器輸出端接至三態(tài)門,再由三態(tài)門輸出端與總線連接起來,就構(gòu)成三態(tài)輸出的級沖寄存器。如下圖所示就是一個4位的三態(tài)輸出緩沖寄存器。由于這里采用的是單向三態(tài)門,所以數(shù)據(jù)只能從寄存器輸出到數(shù)據(jù)總線。如果要實(shí)現(xiàn)雙向傳送,則要用雙向三態(tài)門。
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