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REGISTROS
Introducción Mientras avanzamos en el diseño
de sistemas de mayor porte, nos damos cuenta de que los datos ya no puede ser almacenados en flip flops, y pasamos a un segundo nivel de almacenamiento en dispositivos denominados de Registros.
Registros Un registro es una colección de flip flops,
usualmente con un nombre en común y también con un clock en común.
Por ejemplo, existen dos registro en la entrada de una unidad lógica aritmética de un procesador de computadora, que dependiendo de la arquitectura de la computadora estos registros podrán ser de 8, 16, y 32 flip flops, un flip flop por bit.
Registros de entrada y salida en paralelo
Los registros se emplean como bancos de memoria. Están formados por biestables D activados por flanco o por nivel.
El siguiente esquema muestra el circuito de un registro de 4 bits sincronizado por flanco ascendente.
Registros de Desplazamiento
Es un circuito digital que acepta datos binarios de una fuente de entrada y luego los desplaza, un bit a la vez, a través de una cadena de flip-flops.
Un ejemplo se ve en las calculadoras comunes, donde al escribir una cifra de varios números, se nota que el primer número pulsado le cede espacio a los demás corriéndose a la izquierda, donde además se nota que hay características de memoria porque se mantienen visualizados los números pulsados.
Los registros de desplazamiento son construidos a partir de flip-flops. Además de tener características de memoria y la función de desplazar datos, también se utilizan para convertir datos serie a paralelo y paralelo a serie.
Un método de identificar los registros de desplazamiento es por la forma en que se introducen y leen los datos en la unidad de almacenamiento
Tipos de registros de desplazamientoDependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento se clasifican como:
Serie-SerieParalelo-SerieSerie-ParaleloParalelo-Paralelo
Registros de Desplazamiento Serie – Serie (SISO)
Sólo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización.
Registros de Desplazamiento Serie – Serie (SISO)
A continuación se muestra un registro de desplazamiento con entrada y salida en serie de 5 bits formado con biestables RS:
Registros de Desplazamiento Serie – Serie (SISO)
Observamos que la entrada S del primer biestable está conectado a la entrada y está negada a la entrada R.
Con esto se consigue que, cuando en la entrada haya un 1, el primer biestable contendrá un 1 (Q=1, Q’=0) y los demás un 0.
Con la siguiente señal de reloj el bit almacenado en el primer biestable se desplazará al siguiente y así uno tras otro hasta la salida en serie.
Esto sucede así porque la salida Q está conectada a la S del siguiente biestable.
También podemos observar que los biestables nunca pueden estar en estado de mantenimiento o en estado prohibido, ya que la entrada en serie pasa afirmada a la S y negada a la R.
Registros de Desplazamiento Paralelo – Serie (PISO)
Son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero sólo la salida del último.
Este tipo se emplean para convertir datos paralelo en serie.
Registros de Desplazamiento Paralelo – Serie (PISO)
A continuación se muestra un esquema de un registro con entrada paralelo y salida serie y carga asíncrona.
Registros de Desplazamiento Paralelo – Serie (PISO)
Cuando en la entrada de selección D/C', hay un 0 se realiza la carga.
Con el inversor este cero se convierte en un 1 y por lo tanto las puertas NAND que hay arriba y debajo de los biestables se convierten en inversores.
A continuación se introducen los datos: en el bit que haya un 1, se activa el PR, y en el que haya un cero, se activa el CL.
Para el desplazamiento se coloca un 1 en D/C’ de esta manera se consigue que nunca se activan las entradas ni PR ni CL, ya que de las puertas NAND siempre saldrá un 1.
El desplazamiento se realiza como en un registro serie-serie.
Registros de Desplazamiento Serie – Paralelo (SIPO)
Son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero.
Este tipo se emplean para convertir datos serie en paralelo, por ejemplo para conexiones serie como el RS232
Registros de Desplazamiento Serie – Paralelo (SIPO)
La estructura de un registro serie paralelo es muy similar a la de un registro con entrada y salidas en serie:
Registros de Desplazamiento Serie – Paralelo (SIPO)
Observamos que la única diferencia es que se le añade una salida a cada una de las salidas Q del biestable: de esta manera se pueden obtener todos los datos a la vez.
Por otro lado, también se puede obtener una salida en serie de cualquier salida Q o Q’.
Habitualmente se suele añadir una entrada de puesta a cero asíncrona (CLEAR) cuya función es inicializar el registro.
En último lugar destacar que estos registros se suelen utilizar para el cambio de una palabra de serie a paralelo.
Registros de Desplazamiento Paralelo – Paralelo (PIPO)
Tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se usan para cálculos aritméticos.
Registros de Desplazamiento Paralelo – Paralelo (PIPO)
La estructura de un registro Paralelo – Paralelo es la que
se presenta a continuación:
Registros de Desplazamiento Paralelo – Paralelo (PIPO)
Como se puede ver, se ha creado un registro de entrada y salida paralelo a partir de biestables D con entrada de habilitación.
La entrada de datos es cada una de las entradas D del biestable; la entrada de habilitación se une a una entrada de habilitación global, de manera que cuando se activa, permite que se lean los datos.
Hay otra entrada (control de salida) que al activarse permite que se lean las salidas.
Aquí hemos utilizado puertas AND, aunque también podríamos haber utilizados puertas OR y un inversor.
Registros de Desplazamiento
Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal y bidireccional es el 74HC194, de cuatro bits de datos.
Otros registros de desplazamiento conocidos, fabricados también con la tecnología CMOS, son:
El 74HC165 (entrada paralelo, salida serie) y El 74HC164 (entrada serie, salida paralelo).
Aplicaciones
Generador pseudoaleatorio.
Se construye con un registro de desplazamiento, realimentando a la entrada una combinación de varias salidas, normalmente un OR exclusivo entre ellas.
Registro de aproximaciones sucesivas.
Se usa en conversores A/D. Se van calculando los bits sucesivamente, empezando por el más significativo.
Mediante un conversor DAC se compara la entrada analógica con los resultados parciales, generando el siguiente bit.
Multiplicador serie
Se realiza la multiplicación mediante sumas y desplazamientos.
Un ejemplo es el 74LS384.
Retardo
Se pueden utilizar para retardar un bit un número entero de ciclos de reloj (consiste simplemente en un conjunto de biestables en cascada, tantos como ciclos de reloj deseemos retardar los bits).
Formas de construir registros de desplazamiento
Registro de entrada paralelo y salida serie.
Puede construirse con un multiplexor digital Combinacional y un contador.Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador, dicho contador deberá estar en modo de carrera libre.
Registro de entrada serie y salida paralelo.
Similar al caso anterior, se sustituye el muliplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos.
Biestables en cascada.
Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales.
Gracias