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Cours : Circuits numériques Chapitre3 L Le es s r re eg gi is st tr re es s A.

Cours : Circuits numériques Chapitre3 L Le es s r re eg gi is st tr re es s A. KILANI 25 Les registres Chapitre 3 Objectifs : Connaitre les différents types de registres. Comprendre la méthode de synthèse d’un registre binaire. Apprendre à analyser le fonctionnement d’un circuit de registre. A. KILANI 26 Les registres Chapitre 3 1. Introduction Un registre est un ensemble de mémoires élémentaires (bascules), synchronisées par le même signal d'horloge. Les registres sont largement utilisés dans les systèmes de traitement numérique (les ordinateurs par exemple) pour réaliser des opérations : de mémorisation provisoire (mémoire- tampon), de décalage, de rotation, … 2. Caractéristiques d'un registre Tout registre est caractérisé par : • La capacité: nombre de bits du mot binaire qu'il peut mémoriser. • Le mode d'écriture ou de chargement: dépend du nombre d'entrées : écriture série : génération bit par bit, avec transmission par un seul fil conducteur. écriture parallèle : génération globale du mot de n bits, avec transmission par un bus de n bits (n fils conducteurs). • Le mode de lecture: lecture série : exploitation bit par bit du mot (une seule sortie). lecture parallèle : exploitation globale du mot (n sorties). 3. Différents types de registre Selon le mode d'accès en écriture (entrée ) et en lecture (sortie), série ou parallèle, Il existe quatre types de registre : Entrée série / Sortie série SerialIN - SerialOUT(SISO) Entrée parallèle / Sortie série ParallelIN - Serial OUT (PISO) A. KILANI 27 Les registres Chapitre 3 Entrée série / Sortie parallèle SerialIN - ParallelOUT (SIPO) Entrée parallèle / Sortie parallèle ParallelIN - ParallelOUT (PIPO) Ces quatre types peuvent être classés en deux catégories : les registres de mémorisation (tampon) et les registres à décalage. 3.1 Registre de mémorisation Ce registre permet la mémorisation de n bits. Il est donc constitué de n bascules, mémorisant chacune un bit. L'information sur n bits est chargée (écrite) au moyen d'un signal de commande (W) qui est le signal d'horloge des bascules puis elle est conservée et devient disponible en lecture. La figure suivante donne un exemple de registre de mémorisation 4 bits réalisé à base de bascules D. Le registre mémorise les états des entrées E0, E1, E2et E3en synchronisme avec le signal d'écriture W. Ces états sont conservés jusqu'au prochain signal de commande W. Dans cet exemple les données mémorisés peuvent être lus sur les sorties Q0, Q1, Q2etQ3au moyen du signal de validation R. On remarque que ce registre est du type PIPO. A. KILANI 28 Les registres Chapitre 3 3.2 Registres à décalage Dans un registre à décalage les bascules sont interconnectées de façon à ce que l'état logique de la sortie de la bascule de rang (i) puisse être transmis à la bascule de rang (i+1) lorsqu'un signal d'horloge est appliqué à l'ensemble des bascules. L'information peut être chargée en série (les n bits sont chargés l'un après l'autre) ou en parallèle (les n bits sont chargés simultanément). 3.2.1 Registre à décalage entrée série -sortie série Les bits d'information sont présentés séquentiellement bit après bit à l'entrée de la première bascule et se propagent à travers le registre à chaque impulsion du signal d'horloge, pour sortir par la dernière bascule. • Décalage à droite Ci-dessous le circuit d'un registre à décalage à droite entrée série-sortie série 4 bits à base de bascules D. D0=ES ; Di=Qi-1 (i ≥1) Exemple : Chargement du mot binaire 1001 : • Décalage à gauche Dans ce cas l'entrée de la bascule D de rang i doit être connectée à la sortie de la bascule de rang i+1. Dn-1=ES ; Di=Qi+1 (i <n-1) D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D0 Q0 E S H clk clk clk clk A. KILANI 29 Les registres Chapitre 3 3.2.2 Registre à décalage entrée série - sortie parallèle Ce type de registre permet de transformer un codage temporel (succession des bits dans le temps) en un codage spatial (information stockée en mémoire statique). La figure suivante donne un exemple de registre de 4 bits à entrée série et sortie parallèle réalisé avec des bascules D. Le signal R (Read) n'est pas obligatoire, il permet juste de commander la lecture des sorties en mêmes temps, de façon à éviter la lecture au moment du chargement. = = 3.2.3 Registre à décalage entrée parallèle - sortie série Le chargement parallèle des données peut s'effectuer de deux manière : synchrone ou asynchrone. • Chargement synchrone Dans ce cas il faut appliquer les données aux entrées synchrones Di. En fonction de l'ordre de chargement (écriture) W, chaque bascule recopie l'entrée Ei ou bien la sortie de la bascule i-1, à chaque front d'horloge. Il faut donc utiliser un multiplexeur 2 vers 1 à l'entrée Di de chacune des bascules 1 à n-1 comme le montre le circuit ci-dessous qui représente un registre 4 bits. = = = + A. KILANI 30 Les registres Chapitre 3 • Chargement asynchrone On utilise ici les entrées asynchrones et pour forcer chaque bascule à 0 ou à1 indépendamment du signal d'horloge. Les entrées synchrones sont utilisées pour la propagation des données à travers le registre comme l'indique la figure suivante. Si W=0 on a : = = : fonctionnement normal des bascules (décalage à droite des données à travers le registre). Si W=1 on a : = ⇒ = = ⇒ = = ⇒ = = ⇒ = ⇒Qi = Ei A. KILANI 31 Les registres Chapitre 3 3.3 Registre universel C'est un registre qui effectue un chargement des données série ou parallèle et un décalage à gauche ou droite avec une lecture série ou parallèle. Il dispose d'entrées de mode de fonctionnement qui définissent le type de chargement et le sens de décalage.La figue ci-dessous représente la configuration d'un tel registre. L'entrée MODE permet de choisir le mode de chargement série ou parallèle. L'entrée SENS permet de choisir le sens de décalage à gauche ou à droite. L'entrée INIT permet dinitialiser le registre. Ce type de registre existe sous forme de circuit intégré qui assure toute les fonctions indiquées sur la figure ci-dessus (le circuit 74194 par exemple). 4. Applications des registres Dans ce qui suit nous citons quelques applications des registres. 4.1 Mémorisation temporaire d'une information Les registres sont utilisés dans les microprocesseurs pour des mémorisations temporaires. En effet chaque registre mémorise temporairement un mot de n bits en attendant son traitement. A. KILANI 32 Les registres Chapitre 3 4.2 Conversion parallèle-série de mots binaires Le mot binaire sur n bits est chargé en parallèle dans le registre puis des opérations de décalage successives permettent de le convertir en série. 4.3 Conversion série-parallèle d'untrain binaire Un train binaire est lit en série et décalé puis récupéré sous forme binaire sur les sorties Q1 à Qn. 4.4 Ligne à retard numérique Dans ce cas le registre permet de retarder un train binaire de n périodes du signal d'horloge. 4.5 Division et multiplication par 2n • Décalage à droite de n bits : division par 2n 0 1 1 1 0 0 28 état initial 0 0 0 1 1 1 0 14après 1 front de H 0 0 0 0 1 1 1 7 après 2 fronts de H = : division par 4 soit 22 après 2 impulsions d'horloge. A. KILANI 33 Les registres Chapitre 3 • Décalage à gauche de n bits : multiplication par 2n 0 0 0 1 1 1 7 état initial       0 0 1 1 1 0 0 14 après 1 front de H       0 1 1 1 0 0 0 28 après 2 fronts de H × = : multiplication par 4 soit 22 après 2 impulsions d'horloge. 5. Exercice d'application Réaliser, à base de bascules D, un registre à décalage à droite et à gauche 4 bits. uploads/Litterature/ chapitre3-cn.pdf