Chapter 7 Registers and Register Transfers

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1 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. (Hyperlinks are active in View Show mode)

2 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

3 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

4 Example: 2-bit Register How many states are there? How many input combinations? Output combinations? What is the output function? What is the next state function? Moore or Mealy? State Table: Current State Next State A1(t+1) A0(t+1) For In1 In0 = Output (=A1 A0) A1 A What are the quantities above for an n-bit register? In1 In0 CP D D C C A1 Q A0 Q Y1 Y0 Y1 Y0 Chapter 7 - Part 1 4

5 Registro a 4 Bit Il segnale di clear ( in logica negativa) porta a zero l intero registro Chapter 7 - Part 1 5

6 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

7 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

8 Registri a caricamento parallelo Hardware è più complesso rispetto al clock gating ma non risente dei problemi di temporizzazione Chapter 7 - Part 1 8

9 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

10 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

11 Shift Registers (cont.d) In D Q A B C Out D Q D Q D Q Clock CP CP In A B C Out T0 0???? T1 1 0??? T ?? T ? T T T Chapter 7 - Part 1 11

12 Trasferimento Seriale Shift Clock Chapter 7 - Part 1 12

13 Registro a scorrimento a caricamento parallelo Chapter 7 - Part 1 13

14 Registro a scorrimento bidirezionale Chapter 7 - Part 1 14

15 Contatore binario a cascata con FF JK Chapter 7 - Part 1 15

16 Contatore binario a 4 bit Chapter 7 - Part 1 16

17 VHDL description FF D Chapter 7 - Part 1 17

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