Tema 7: Análisis y diseño con registros

Arquitectura de Equipos y Sistemas Informáticos

Curso 2010/2011

I.E.S. Pacífico

Tema 7: Análisis y diseño con registros

7.1. Introducción

7.2. Registros de almacenamiento

7.3. Registros de desplazamiento

7.4. Circuitos de aplicación con registros

7.1. Introducción Un registro es un circuito lógico capaz de almacenar o

registrar información binaria durante un cierto tiempo, y mientras se mantenga su alimentación. Está compuesto normalmente por un conjunto de biestables, cada uno de los cuales almacena un bit de información. Por tanto, un registro es un circuito de memoria temporal que es capaz de almacenar un único dato de n bits, siendo n el número de biestables que utiliza el registro.

7.1. Introducción Se puede hacer una clasificación en función de la

capacidad o no de realizar internamente el desplazamiento de la información almacenada. Así tendremos:

– Registros de almacenamiento

– Registros de desplazamiento

7.2. Registros de almacenamiento Están compuestos normalmente por un conjunto de

biestables tipo D aislados entre sí, con una señal de reloj común a todos ellos, de forma que en todos se cargan los datos presentes en sus entradas simultáneamente, siendo accesibles en cada momento sus entradas y salidas.

Existen dos modalidades de registros de almacenamiento: los registros tipo Latch, constituidos por biestables síncronos activos por nivel en la señal de reloj, y los registros Master-Slave, activados por los flancos de la señal de reloj.

7.2. Registros de almacenamiento Como ejemplo se muestra un registro de 4 bits Master-Slave activo

por flanco de subida y con puesta a 0 general por nivel bajo.

Cuando se pone un dato en la entrada D de cualquiera de los biestables, éste aparece en la salida Q correspondiente en el instante en que se produce un flanco de subida de la señal de reloj.

D Q

Q

Clk

D1 D Q

Q

Clk

D Q

Q

Clk

D Q

Q

Clk

QA QB QC QD

Clear

Reloj

D2 D3 D4

7.3. Registros de desplazamiento Si un registro está diseñado no sólo para poder

almacenar información binaria, sino también para poder desplazar bits de un biestable al siguiente, se le llama registro de desplazamiento (en inglés, registro Shift).

Un registro de desplazamiento consta esencialmente de una cadena de biestables conectados en cascada, de forma que la salida de uno es la entrada del siguiente, y de una señal de reloj común que se aplica a todos ellos.

Registros• Los registros de desplazamiento son circuitos

secuenciales sencillos, compuestos por un conjunto de biestables que se conectan en serie, y una circuitera adicional que controla los modos de cargar y acceder a los datos que almacenan. Su principal funcion, en el seno de sistemas más complejos, es servir de almacenamiento temporal de un conjunto de bits sobre los que se esta realizando una tarea de procesamiento.

Registros de desplazamiento

• Las dos operaciones basicas que realiza un registro de desplazamiento es la carga/almacenamiento de los datos y el desplazamiento de estos a lo largo de los biestables que lo componen; la obtencion de los datos correctos a la salida del dispositivo depende de una cuidadosa sincronización de las señales de control, de entrada y de salida.

7.3. Registros de desplazamiento La información binaria puede ser introducida o sacada

de un registro de desplazamiento de dos formas diferentes, en serie o en paralelo, dando lugar a cuatro tipos de registros de desplazamiento:

• Entrada serie - Salida serie

• Entrada serie - Salida paralelo

• Entrada paralelo - Salida serie

• Entrda paralelo - Salida paralelo.

A. Registros serie-serie Son registros con entrada en serie y salida en serie. En este circuito, la información serie introducida por la entrada A

se desplaza una posición a la derecha con cada pulso de reloj, apareciendo en serie por la salida final Q al cabo de 4 pulsos.

Estos circuitos suelen servir para introducir retardos calculados en la transmisión de información serie.

7.3. Registros de desplazamiento

J

K

Q

Q

Clk

A J

K

Q

Q

Clk

J

K

Q

Q

Clk

J

K

Q

Q

Clk

Q

Reloj

Q

B. Registros serie-paralelo Son registros con entrada serie y salida paralelo, tomada de las

salidas de cada uno de los biestables de la cadena.

La aplicación de este tipo de circuitos es la conversión de información binaria transmitida en serie a información en paralelo.

7.3. Registros de desplazamiento

J

K

Q

Q

Clk

A J

K

Q

Q

Clk

J

K

Q

Q

Clk

J

K

Q

Q

Clk

Q

Reloj

Q

Q1 Q2 Q3 Q4

B. Registros serie-paralelo El cronograma de funcionamiento de este registro de

desplazamiento se muestra en la siguiente figura.

7.3. Registros de desplazamiento

C. Registros paralelo-serie Son registros de entrada en paralelo y salida en serie.

Como ej. se muestra el circuito interno del integrado 7494.

7.3. Registros de desplazamiento

C. Registros paralelo-serie La información paralelo de entrada se puede cargar en los

biestables de dos formas: asíncrona o síncrona.

El circuito integrado 7494 se trata de un registro paralelo-serie de 4 bits con carga asíncrona (utiliza las señales asíncronas de Preset para introducir los datos en paralelo), activo con los flancos de subida de la señal de reloj.

Tiene la posibilidad de introducir dos entradas paralelo distintas. También se pueden introducir datos en modo serie y obtener la salida en serie.

7.3. Registros de desplazamiento

D. Registros paralelo-paralelo Son registros de entrada paralelo y salida paralelo. Suelen añadir

también una entrada serie, convirtiéndose así en registros de desplazamiento universales.

7.3. Registros de desplazamiento

Diagrama del registro universal 7495, registro universal de 4 bits con carga síncrona y activo por flancos de bajada de la señal de reloj.

D. Registros paralelo-paralelo Para desplazamiento en serie hay que poner a “0” la entrada

de control de modo (Mode control), aplicando los impulsos de reloj por Clock1. La información binaria se desplazará hacia la derecha, entrando por la entrada serie (Serial Input) y saliendo por QD.

Para realizar la carga en paralelo, debe aplicarse un “1” en

la entrada de control de modo (Mode control), introduciendo a continuación un impulso de reloj por Clock2, que hará que los biestables tomen la información presente en las entradas paralelo.

7.3. Registros de desplazamiento

A. Contador en anillo Si en un registro de desplazamiento se une la entrada serie

del primer biestable con la salida del último, obtenemos un registro de desplazamiento circular (o con conexión en anillo). En ellos la información se desplazará circularmente y sin perderse, una vez que se haya hecho la carga de los biestables, bien en paralelo con el anillo cerrado, o bien en serie abriendo inicialmente el anillo.

7.4. Circuitos de aplicación con registros

A. Contador en anillo Ejemplo: Contador en anillo de 5 bits

7.4. Circuitos de aplicación con registros

A. Contador en anillo Secuencia del contador en anillo de 5 bits.

7.4. Circuitos de aplicación con registros

Pulso de reloj QA QB QC QD QE

0 1 0 0 0 01 0 1 0 0 02 0 0 1 0 03 0 0 0 1 04 0 0 0 0 1

B. Contador Johnson El contador Johnson está formado por un registro de

desplazamiento de n bits, en el que la salida complementada del último biestable se conecta a la entrada del primer biestable. Esta conexión permite, para el caso de 4 biestables, obtener la siguiente secuencia de estados:

7.4. Circuitos de aplicación con registros

Pulso de reloj QA QB QC QD

0 0 0 0 01 1 0 0 02 1 1 0 03 1 1 1 04 1 1 1 15 0 1 1 16 0 0 1 17 0 0 0 1