数字系统和计算机中的寄存器

寄存器是用来存放数据和运算结果的时序逻辑电路，是数字系统和计算机的主要部件．寄存器主要由触发器构成，n个触发器可以存储n位二进制数.寄存器存放数码的方式有并行输入和串行输入两种.同样，取出数码也有并行输出和串行输出两种.

按功能不同，寄存器分为数码寄存器和移位寄存器两种．

1．数码寄存器

暂时存放数码的电路称为数码寄存器，简称寄存器．寄存器可由RS、JK、D等触发器构成，它具有接收、暂时存放和清除原有数码的功能．

如图8-18所示是一个由D触发器构成的四位二进制数码寄存器.四个触发器的时钟脉冲输入端连在一起作为接收信号的控制输入端.A3～A0为数码输入端，分别对应接入四个触发器的输入端即D端，Q3～Q0为数码输出端.各触发器的复位端连在一起，作为寄存器的总清零端，低电平有效．工作过程如下：

（1）清除原有数码．

RD =0，寄存器清除原有数码，Q3～Q0均为0态，即Q3Q2Q1Q0=0000.清零后，让=1．

（2）寄存数码．

若存放的数码为1011，将数码1011加到对应的数码输入端，即A3=1、A2=0、A1=1、A0=1，在RD=1时，根据D触发器的特性，当接收指令脉冲CP的下降沿到来时，各触发器的状态与输入端状态相同，即Q3Q2Q1Q0=1011，于是四位数码1011便存放到寄存器中.

图8-18　由D触发器构成的数码寄存器

（3）保存数码.

数码寄存器存放了数码后，只要不出现=0，各触发器都处于保持状态.

（4）输出控制.

输出控制是由四个“与”门构成的，它们的输入端由输出控制端控制，为高电平控制.因该寄存器能同时输入、输出各位数码，故又称并行输入、并行输出数码寄存器.

2.移位寄存器(www.xing528.com)

具有存放数码和使数码逐位右移或左移的电路称为移位寄存器.所谓移位，就是每当来一个移位脉冲，寄存器的数码便向右或向左移一位.移位寄存器分为单向移位寄存器和双向移位寄存器两种.

（1）单向移位寄存器.

在移位脉冲作用下，所存数码只能沿一个方向移位的寄存器称为单向移位寄存器，单向移位寄存器又分左移寄存器和右移寄存器.

图8-19（a）所示为4位右移位寄存器，它由4个上升沿触发的D触发器组成.这4个D触发器共用一个时钟脉冲信号，因此为同步时序逻辑电路.数码由触发器D0的数据输入端D1串行输入，其工作原理如下：

图8-19　由D触发器组成的单向移位寄位器

设串行输入数码D1=1011，同时D0～D3都为0态.当输入第一个数码1时，这时D0=1，D1=Q0=0，D2=Q1=0，D3=Q2=0，则在第1个移位脉冲CP的上升沿作用下，D0由0态翻转到1态，第一位数码1存入D0中，其原来的状态Q0=0移入D1中，数码向右移了一位，同理，D1、D2和D3中的数码也都依次向右移了一位.这时，寄存器的状态为Q3Q2Q1Q0=0001.当输入第二个数码0时，则在第2个移位脉冲CP上升沿的作用下，第二个数码0存入D0中，这时，Q0=0，D0中原来的数码1移入D1中，Q1=1，同理Q2=Q3=0，移位寄位器中的数码又依次向右移了一位.这样，在4个移位脉冲作用下，输入的4位串行数码1011全部存入了寄存器中.移位情况如表8-11所示.

表8-11　右移位寄存器的状态表

移位寄存器中的数码可由Q3、Q2、Q1和Q0并行输出，也可从Q3串行输出，但这时需要继续输入4个移位脉冲才能从寄存器中取出存放的4位数码1011.

图8-19（b）所示为由4个D触发器组成的4位左移位寄存器.其工作原理和右移位寄存器相同，不再重复.

（2）双向移位寄存器.

由前面讨论单向移位寄存器工作原理时可知，右移位寄位器和左移位寄存器的电路结构是基本相同的，如适当加入一些控制电路和控制信号，就可将右移位寄存器和左移位寄存器结合在一起，构成双向移位寄位器.

CT74LS194是一种典型的四位双向移位寄存器，图8-20给出了它的引脚排列图．图中M1、M0为工作方式控制端，它们的不同取值决定寄存器的不同功能：保持、右移、左移及并行输入.是清零端，当=0时，各输出端均为零.寄存器工作时，CR应为高电平.这时寄存器的工作方式由M1、M0的状态决定：当M1 M0=00时，寄存器中的数据保持不变；当M1 M0=01时，寄存器为右移工作方式，DSR为右移串行输入端；当M1 M0=10时，寄存器为左移工作方式，DSL为左移串行输入端；当M1 M0=11时，寄存器为并行输入方式，即在CP脉冲作用下，将输入到D0～D3的数据同时存入寄存器中.Q0～Q3是寄存器的输出端.

图8-20　CT74LS194引脚排列图