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Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 1 LYCEE LACHENAL - M. BE

Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 1 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 20/01/2009 1. Introduction Les bascules sont très utilisées comme éléments de mémorisation de données ou d’information. Le stockage des données a généralement lieu dans des groupes de bascules, appelés registres. Un registre mémorise un mot binaire de n bits, il est donc constitué de n mémoires élémentaires qui sont des bascules. Un registre de n bits comprend : - n bascules qui peuvent être de type RSH, D ou JKH, - Une entrée de signal d’horloge pour la synchronisation, - Une commande pour le chargement ou l’écriture, - Une commande pour l’activation des sorties ou la lecture, - et éventuellement une commande pour le décalage interne des bits du mot mémorisé. La manipulation la plus fréquente qu’on fait subir aux données conservées dans des bascules ou des registres est le transfert (échange de données d’un registre à un autre). Dans les transferts synchrones (les plus courants), on utilisera l’horloge. Dans les transferts asynchrones, on utilisera les entrées de remise à 0 ou 1 asynchrones. Exemple de registre : calculatrice (les chiffres se décalent au fur et à mesure qu'ils sont rentrés). 2. Mise en œuvre d’un Registre à décalage Voir TP, Paragraphe 1. 3. Constitution d’un registre 3.1 Registre élémentaire 1 bit Compte tenu de sa constitution (entrée D, signal d’horloge, sortie Q qui recopie D) une bascule D constitue un registre élémentaire (ou élément mémoire) de 1 bit. Les exercices 1 et 2 du TD, montrent que l’on peut réaliser une bascule D (et donc un registre 1 bit) à l’aide d’une bascule RSH (ou JKH) et d’un simple opérateur NON. 3.2 Caractéristiques d’un registre Capacité : nombre de bits du mot binaire qu’il peut mémoriser. Mode d’écriture ou de chargement : dépend du nombre d’entrées : -> Une génération bit par bit, avec transmission par un seul conducteur caractérise une écriture en série. -> Une génération globale du mot de n bits, avec transmission par un bus de n bits (n fils conducteurs), carac- térise une écriture parallèle. Mode de lecture : -> Une exploitation bit à bit du mot impose une lecture série (une sortie). -> Une exploitation globale du mot impose une lecture parallèle. (n sorties) Logique Séquentielle - fonction « Registre à décalage » Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 2 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 20/01/2009 3.2 Les différents types de registre Il existe différents types de registre selon le mode d’accès au registre (en lecture et en écriture) 3.2.1) Les registres à lecture et écriture série Ces registres sont caractérisés par : - 1 entrée de donnée, - 1 sortie de donnée, - n bascules, - une entrée de commande du décalage (horloge) Exemple de registre à décalage 4 bits (lecture et écriture série) Les bascules D sont les plus utilisées dans ce type de registre car elles demandent moins de connexions. Toutefois on peu utiliser des bascules JKH ou RSH à condition de poser comme on vient de le voir précédem- ment (paragraphe 3.1) : J = K ou S = R Exercice : Compléter les chronogrammes suivants correspondant à la structure ci-dessus. Remarque : Le premier état 1 sur E est obtenu en sortie après 3.2.2) Les registres à écriture série et lecture parallèle Ces registres sont caractérisés par : - 1 entrée de donnée, - n sorties de donnée, - n bascules, - une entrée de commande du décalage (horloge) - éventuellement une entrée de commande de lecture (READ) Exemple de registre à décalage 4 bits (écriture série et lecture parallèle) Remarque : Le signal « READ » n’est pas obligatoire. Il permet juste de commander la lecture des sorties en même temps, de façon à s’affranchir des différents temps de propagation. Q E C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D S H E t H t S t 1 1 0 0 0 0 0 0 Q E C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q3 H Q0 Q2 & ‘‘READ’’ S0 Q1 & & & S1 S2 S3 Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 3 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 20/01/2009 Exercice : Compléter les chronogrammes suivants correspondant à la structure ci-dessus (page précédente). 3.2.3) Les registres à écriture et lecture parallèle Ces registres sont caractérisés par : - n entrées de donnée, - n sorties de donnée, - n bascules, - une entrée de chargement (horloge) - éventuellement une entrée de commande de lecture (READ) Exemple de registre à décalage 4 bits (écriture et lecture parallèle) Remarque : Le signal « READ » n’est pas obligatoire. Il permet juste de commander la lecture des sorties en même temps, de façon à s’affranchir des différents temps de propagation. E t H t Q1 t 1 1 0 0 0 0 0 0 Q0 t Q3 t Q2 t READ t S1 t S0 t S3 t S2 t Q E0 C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D H E1 E3 & ‘‘READ’’ S0 E2 & & & S1 S2 S3 E1 Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 4 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 20/01/2009 Exercice : Compléter les chronogrammes suivants correspondant à la structure ci-dessus (page précédente). On considéra que le signal « READ » est toujours au niveau logique haut. 3.2.4) Les registres à écriture parallèle et lecture série Ces registres sont caractérisés par : - n entrées de donnée, - 1 sortie de donnée, - n bascules, - une entrée de chargement (horloge) - 4 entrées de commande de lecture (READ) Exemple de registre à décalage 4 bits (écriture parallèle et lecture série) Remarques sur la sortie S : Chaque opérateur OUI à une sortie dite « 3 états » (symbolisé par le triangle en sortie de l’opérateur): C’est trois états sont le « O », le « 1 » ou l’état « Z » dit état « haute impédance » (équivalent à la sortie non connectée à la structure interne). Fonctionnement de ce type d’opérateur : Pour fonctionner correctement il ne faut pas que deux sorties soient actives en même temps. Donc par exemple quand R0=1, le bus de sorties S est relié à la sortie Q de la première bascule. Mais ATTENTION, toutes les autres entrées de validation de lecture R1,R2,R3 doivent être égale à O. H t S1 t S0 t S3 t S2 t E1 t E0 t E3 t E2 t Q E0 C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D H E1 E3 1 E2 E1 EN R0 1 EN R1 1 EN R2 1 S EN R3 EN E S Remarques 0 X Z Etat haute impédance en sortie de l’opérateur. La résistance de sortie de l’opérateur est infinie ≡ la sortie n’est pas connectée 1 0 0 EN=1 , la sortie S est égale à l’entrée E; S=E 1 1 1 EN=1 , la sortie S est égale à l’entrée E; S=E Logique Séquentielle - Les registres à décalage - page 5 LYCEE LACHENAL - M. BERNARD - édité le 20/01/2009 H t R1 t R0 t R3 t R2 t E1 t E0 t E3 t E2 t S t Exercice : Compléter les chronogrammes suivants correspondant à la structure ci-dessus (page précédente). 3.2.5) Les registres à décalage Ce type de registre fait glisser l’information de chaque cellule élémentaire du registre vers les cellules élé- mentaires adjacentes. Si le transfert à lieu vers les cellules adjacentes de droite, le registre est un registre à décalage à droite. Si le transfert à lieu vers les cellules adjacentes de gauche, le registre est un registre à décalage à gauche. En l’absence de transfert d’informations d’un registre à un autre, la cellule la plus à gauche dans le cas d’un décalage à droite ou la cellule la plus à droite dans le cas d’un décalage à gauche reçoit un zéro à chaque décalage. Exemples de registre à décalage circulaire 4 bits : 3.3 Comparaison transfert // et transfert série Dans un transfert en //, toute l’information est communiquée en une seule fois à l’arrivée du top d’horloge indépendamment du nombre n de bits à transférer. Par contre, lors d’un transfert en série, pour échanger n bits, il faut attendre n impulsions d’horloge. Le transfert en // est par conséquent plus rapide que le transfert en série. Mais quand on fonctionne en //, il faut davantage de connexions. Pour un registre n bits à transfert //on a besoin de n connexions à place d’une seule en série. On privilégie la liaison série sur de longues distances. HORLOGE Situation initiale 1 1 0 1 1er top de H 4ème top de H Décalage à Gauche ( du poids faible vers le poids fort) 2ème top de H 3ème top de H HORLOGE Situation initiale 1 1 0 1 1er top de uploads/Litterature/ cours-e-logique-sequentielle-fonction-registre-a-decalage.pdf