Chapter 7 – Registers and Register Transfers

Logic and Computer Design Fundamentals
Chapter 7 – Registers and
Register Transfers
Part 1 – Registers, Microoperations and
Implementations
Charles Kime & Thomas Kaminski
© 2008 Pearson Education, Inc.
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Overview
 Part 1 - Registers, Microoperations and
Implementations
•
•
•
•
Registers and load enable
Register transfer operations
Microoperations - arithmetic, logic, and shift
Microoperations on a single register
 Multiplexer-based transfers
 Shift registers
 Part 2 - Counters, Register Cells, Buses, & Serial
Operations
 Part 3 – Control of Register Transfers
Chapter 7 - Part 1 2
Registri e Contatori
 Registri– collezione di elementi che
immagazinano informazione
• In generale un registro è formato da un insieme di
flip-flop e di porte logiche che implementano
opportune transizioni di stato
 Contatori è un registro il cui stato evolve
secondo una sequenza predeterminata in
seguito all’applicazione di impulsi di clock.
Chapter 7 - Part 1 3
Example: 2-bit Register
A1
 How many states are there?
Y1
In1
D Q
 How many input combinations?
C
Output combinations?
A0
Y0
D Q
 What is the output function? In0
C
 What is the next state function? CP
Current
Next State
Output
 Moore or Mealy?
State
A1(t+1) A0(t+1)
(=A1 A0)
State Table:
For In1 In0 =
A1 A0
0 0
0 1
1 0
1 1
00
00
00
00
00
01
01
01
01
01
10
10
10
10
10
11
11
11
11
11
Y1
0
0
1
1
Y0
0
1
0
1
 What are the quantities above for an n-bit register?
Chapter 7 - Part 1 4
Registro a 4 Bit
Il segnale di clear ( in logica negativa) porta a zero l’intero registro
Chapter 7 - Part 1 5
Memorizzazione nei Registri
Un registro memorizza informazione per consecutivi impulsi
di clock
• Un flip-flop D carica nuove informazioni ad ogni ciclo di clock
 Si usa un segnale per bloccare il clock del registro
 Si adopera un segnale di feedback dalle uscite verso l’ingresso
 Si utilizzano FF SR o JK che per un ingresso pari a (0,0) mantegono lo
stato precedente
Per memorizzazione ( “store” o “load”) dell’informazione è
controllata da un segnale
• Load = 1: Carica i valori dagli input
• Load = 0: Mantiene i valori immagazzinati
Chapter 7 - Part 1 6
Registri con Clock Gating
Un inconveniente del clock gating è che il segnale di clock
può non arrivare a tutti i dispositivi contemporaneamente (
Clock Skew)
Chapter 7 - Part 1 7
Registri a caricamento parallelo
Hardware è più complesso rispetto al clock gating ma non risente dei
problemi di temporizzazione
Chapter 7 - Part 1 8
Registi a Scorrimento
 I registri a scorrimento (shift register) possono traslare
i bit memorizzati in una o in entrambe le direzioni
 La configurazione logica consiste in una catena di flipflop in cascata in cui l’uscita di un flip-flop è connessa
all’ingresso di un flip-flop successivo.
 Tutti i flip-flop sono sincronizzati con lo stesso segnale
di clock
Chapter 7 - Part 1 9
Shift Registers
 I registri di scorrimento traslano i dati memorizzati nel
registo verso la cifra più significativa o la cifra meno
significativa
 Nel caso più semplice, il registro a scorrimento è un insieme di
flip-flop connessi in sequenza:
 Data input, In, è chiamata a serial input
 Data output, Out, è spesso chiamata serial output.
Chapter 7 - Part 1 10
Shift Registers (cont.d)
In
B
A
DQ
DQ
C
DQ
DQ
Out
Clock CP
CP
T0
T1
T2
T3
T4
T5
In
0
1
1
0
1
1
T6
1
A
?
0
1
1
B
?
?
0
1
C
?
?
?
0
Out
?
?
?
?
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
Chapter 7 - Part 1 11
Trasferimento Seriale
Shift
Clock
Chapter 7 - Part 1 12
Registro a scorrimento a caricamento
parallelo
Chapter 7 - Part 1 13
Registro a scorrimento bidirezionale
Chapter 7 - Part 1 14
Contatore binario a cascata con FF JK
Chapter 7 - Part 1 15
Contatore binario a 4 bit
Chapter 7 - Part 1 16
VHDL description FF D
Chapter 7 - Part 1 17
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Chapter 7 - Part 1 18