Kaydediciler (Registers)

... konulu sunumlar: "Kaydediciler (Registers)"— Sunum transkripti:

1 Kaydediciler (Registers)
Prof.Dr.Hüseyin EKİZ

2 Kaydediciler (Registers)
ikili bilgileri geçici olarak saklamak, belirli bir sayma dizisini tekrarlamaz, Kaydediciler; bilgisayarlarda bilgi depolama, ikili toplayıcı / çıkarıcı devrelerde bilgi tutma ve bilgi transferi gibi işlemlerde, sayıcılarda bellek birimlerinde, vb. yerlerde kullanılırlar.

3 Kaydedicilerin Sınıflandırılması

4 Bilginin yüklenmesine göre;
Kaydediciler, bilginin yüklenmesi referans alınarak paralel kaydediciler, seri kaydediciler

5 Paralel Kaydediciler Bütün bilgiler aynı anda yüklenir, Senkron veya asenkron, kurma girişi ile‘asenkron paralel kaydedici’ tetikleme girişi ile ‘senkron paralel kaydedici’

6 Paralel Kaydediciler asenkron paralel kaydedici, her yeni bilgi için FF’ler sıfırlanmalı Kurma girişinin ‘1’ yapılması ile istenen bilgiler kaydediciye aktarılır. Kaydediciye yüklenen bilgiler, bir sonraki sıfırlama işlemine kadar FF’lerde saklanır.

7 Paralel Kaydediciler…
'senkron paralel kaydediciler’ ‘Clk’ girişinin '1’ bilgiler FF’lere yüklenir

8

9 Paralel Kaydediciler…
74LS75 4-bit kaydedici entegresi Yapısında iki adet 2-bit veya bir adet 4-bit kaydedici ‘enable-E’ girişlerin beraber bağlanması 74LS75 Senkron paralel kaydedici entegresi prensip şeması.

10 Seri (Kaymalı) Kaydediciler
Her tetikleme sinyali ile bilgiler sağa veya sola kayar Her tetikleme palsı ile bir önceki FF’deki bilgiler sonraki FF’lere aktarılır. Bilginin kayma yönüne göre; Sağa kaymalı kaydediciler, Sola kaymalı kaydediciler, Sağa-sola kaymalı kaydediciler

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21 Sağa Kaymalı Kaydediciler
İlk tetikleme sinyali ile A FF =‘1’ Bir sonraki tetikleme sinyali ile, B FF’ine A FF’indeki ‘1’ değeri aktarılır.

22 Sağa Kaymalı Kaydediciler
C FF’i ‘t3’ anındaki tetikleme sinyali ile, D FF’i ise ‘t4’ anındaki tetikleme sinyali ile ‘1’ konumuna kurulurlar. t2, t3, t4 anlarında giriş bilgisi ‘0’ olduğundan ve 4 adet FF kullanıldığından, dört tetikleme palsı bilgilerin baştan sona kaydırılmasını sağlar. t6 anında tüm FF’lerin çıkışı 0’a kurulmuş olur.

23 Sağa Kaymalı Kaydediciler
seri bilgi girişi CP1, paralel bilgi girişi CP2 S ='1’  CP2 aktif S =‘0’  CP1 aktif CP1’in aktif yapılmasıyla, ilk gelen tetikleme palsı ile birlikte DS girişindeki (seri bilgi girişi) bilgi Q0 çıkışına aktarılır.

24 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
Örnek: Aşağıdaki 4 bit kaymalı kaydedici devresine (1010)2 bilgisinin yüklenmesi : ‘1010’ bilgisinin yüklenmesi işlemi en sağdaki bitten başlanarak yapılır. En sağdaki bitin ‘0’ olması nedeni ile, FF0’ın D girişine ‘0’ uygulanır.

25 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
‘1010’ Sağdan ikinci bit ‘1’ olduğundan, FF0’ın D girişine uygulanması gereken yeni değer 1’dir.

26 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
FF0’a ‘1’ uygulanması durumunda; ilk gelen kaydırma sinyali ile birlikte FF0=1 değerini alır. ‘1010’ Üçüncü bitin ‘0’ olması nedeni ile, FF0 girişine ‘0’ uygulanır ve tetikleme sinyali ile FF0= 0 değerine kurulur.

27 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
FF0’daki bilgi FF1’e, FF1’deki bilgi ise FF2’ye aktarılır. Bu işlemler ile sağdan üç bitlik bilgi kaydedici devreye yüklenir.

28 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
FF0 = 1, FF1 = 0, FF2 = 1 ve FF3 = 0 değerlerine sahip olur. Bunun anlamı; dördüncü bit sonunda 4 bitlik sayının kaydırıcı devresine yüklenmesidir.

29 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
Sağa kaymalı kaydediciye bilgi yüklenmesi

30 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
(0001)2 bilgisinin yüklenmesi. ilk gelen tetikleme ile A FF = ‘1’ İkinci tetikleme ile A FF = ‘0’ B FF = QA = ‘1’ Üçüncü tetikleme ile yüklenen bilgi ‘0’ olduğundan, QA=QB=QD=0 ve QC=1 Dördüncü pals ile D FF = QC = ‘1’ olur

31 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
3 adet RS FF’ten oluşan sağa kaymalı kaydedici devresine ‘0110’ bilgisini uygulayarak, 5. kaydırma sinyali sonucunda devredeki FF’lerde bulunan değerleri inceleyelim. RS FF’lerin D tipi FF gibi davranabilmesi için; S ve R girişlerinin ‘DEĞİL’ kapısı ile birleştirilmesi gerekir.

32 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
Birinci kaydırma pals ile tüm FF’ler ‘0’ durumunu korur, ikinci pals ile FF0 çıkışı ‘1’ Üçüncü kaydırma pals ile FF0 = ‘1’ ve FF1= ‘1’ FF2= ‘0’ Dördüncü kaydırma sinyali ile FF0= ‘0’ FF1= ‘1’ FF2=‘1’ Beşinci kaydırma sinyali ile FF0= ‘0’ ve FF1= ‘0’ FF2= ‘1’ Kaydırma Palsı Seri Veri Girişi FF0 FF1 FF2 - 1 2 3 4 5

33 Sağa Kaymalı Kaydediciler…
J-K FF’ler ile oluşturulan 4 bitlik sağa kaymalı kaydedici devresini çizerek, çizilen devreye ‘1001’ değerlerinin uygulanması durumunda 6. kaydırma palsı sonucunda FF’lerde oluşacak değerleri tablo halinde gösterelim. Kaydırma Palsı Seri Veri Girişi FF0 FF1 FF2 FF3 - 1 2 3 4 5 6

34 Sola Kaymalı Kaydediciler
Aşağıdaki devreye (1000)2 bilgisinin yüklenmesi işlemini inceleyelim. İlk gelen tetikleme sinyali ile, QD=1, İkinci tetikleme sinyali ile QD=0 ve QC=1, Üçüncü gelen tetikleme ile QB=1, QD = QC = '0’, Dördüncü tetikleme sinyali ile QD=0, QA=1 diğerleri '0’ Bilginin tümü FF’lere yüklendikten sonra, gelecek her tetikleme ile sola kayma işlemi devam eder ve yeni değerler ‘0’ olarak kabul edilir.

35 Sağa - Sola Kaymalı Kaydediciler
Çarpma ve bölme işlemleri, kaydedicilerdeki bilginin sağa veya sola kaydırılması ile gerçekleştirilebilir. (0111)2 = (7)10 sayısı bir sola kaydırılırsa, (1110)2 = (14)10 Herhangi bir sayının sola bir basamak kaydırılması sayının 2 ile çarpılması demektir. (1000)2 = (8)10 sayısının bir sağa kaydırılması ile, (0100)2 = (4)10 Bu işlem sayının 2’ye bölünmesine karşılık gelir.

36 Sağa - Sola Kaymalı Kaydediciler …
Sağa / sola kaydırma girişi= '1’  sağa kaydırma Bilgi A FF’sine uygulanır A FF çıkışındaki bilgi, K2 üzerinden B FF’sine aktarılır ve bu şekilde bilgi D FF’sine doğru kaydırılır. Sağa / sola kaydırma girişi= ‘0’  sola kaydırma Veri K8 kapısı üzerinden D FF’sine uygulanır. D FF’i çıkışındaki bilgi, bir sonraki kaydırma palsı ile K7 üzerinden C FF’sine uygulanır.

37

38 Bilgi Giriş - Çıkışına Göre Kaydedicilerin Sınıflandırılması
Bu gruplandırmada dört farklı kaydedici tipi ortaya çıkar: Seri giriş - seri çıkışlı kaydediciler, Seri giriş - paralel çıkışlı kaydediciler, Paralel giriş - seri çıkışlı kaydediciler, Paralel giriş - paralel çıkışlı kaydediciler.

39 Seri Giriş – Seri Çıkışlı Kaymalı Kaydediciler
Sağa veya sola kaymalı kaydedicilerde, ilk FF’nin veri girişinden uygulanan bilgi son FF’nin çıkışından alınırsa, ‘seri giriş - seri çıkışlı’ kaymalı kaydedici elde edilir. Kaydırma Palsı Seri bilgi Girişi Çıkışı A B C D

40 Seri Giriş - Paralel Çıkışlı Kaymalı Kaydediciler
Bu yapıdaki devre ile, tek-tek girilen bilgilere istenilen anda ulaşmak ve FF’lerde bulunan bilgileri birlikte (aynı anda) okumak mümkündür. Seri giriş – paralel çıkışlı kaymalı kaydedici devresi, bir hattan gelen bilgileri birden çok hatta dağıtma işlemini de gördüğünden demultiplexere benzetilebilir. Kaydırma Palsı Seri bilgi Girişi A B C D Paralel bilgi çıkışları 74164 A B Clk MR Q 1 2 7 Seri Girişler Paralel Çıkışlar

41 Paralel Giriş - Seri Çıkışlı Kaymalı Kaydediciler
Bilgilerin doğrudan FF’lere yüklenebildiği bu devrelerde, çıkış olarak yalnızca en sondaki FF’in çıkışına erişilebilir. Paralel giriş - seri çıkışlı kaymalı kaydedici devresi, birden fazla girişteki bilgileri tek bir hatta belirli sıra ile vermesi nedeniyle multiplexer’e benzetebilir. Kaydırma Palsı Silme Seri bilgi Çıkışı A B C D Paralel Girişler

42 Paralel Giriş - Seri Çıkışlı Kaymalı Kaydediciler…
CP1 ve CP2 girişlerinden birisinin kayma işlemi tetikleme girişi olarak kullanabileceği entegresinde, Ds girişi ile seri bilgi girişi mümkündür. PL yükleme girişinin ‘1’ yapılması ile, paralel girişlerdeki bilgilere bağlı olarak ‘VEDEĞİL’ kapıları iletime geçerek, duruma hazır hale gelir. FF’ler, ‘VEDEĞİL’ kapılarının çıkışının alacağı değere göre yüklenirler Paralel girişteki değer ‘1’ ise, asenkron kurma (S') girişine bağlı olan ‘VEDEĞİL’ kapısı çıkışı ‘0’ olur ve ‘VEDEĞİL’ kapısına bağlı bulunan FF ‘1’ değerine kurulur. Paralel girişteki değer ‘0’ ise; paralel girişe bağlı ‘VEDEĞİL’ kapısı çıkışı ‘1’ değerini alır. ‘1’ değerine sahip çıkışın bağlı olduğu asenkron silme (R') girişine bağlı ‘VEDEĞİL’ kapısının her iki girişi ‘1’ ve buna bağlı olarak çıkışı ‘0’ olacağından, ilgili FF ‘sıfırlama’ işlemine tabi kalır ve ‘0’ olur.

43 Paralel Giriş - Paralel Çıkışlı Kaymalı Kaydediciler
Bilgilerin aynı anda paralel olarak yüklenmesini ve belirli işlemlerden sonra tüm çıkışlara aynı anda erişilmesini sağlayan kaydedici devreleri, ‘paralel giriş – paralel çıkışlı kaymalı kaydedici’ olarak isimlendirilir. Kaydırma Palsı A B C D Bilgi Girişleri MR Bilgi Çıkışları

44 İki Yönlü Kaymalı ve Farklı Giriş - Çıkış Kombinasyonlu Kaydediciler
Hem seri, hem de paralel bilgi girişine imkan tanıyan kaydedici entegresi PE ve SE girişleri ile bilgi giriş şekli seçilir. P0 – P3 girişlerinin paralel girişler, DS girişi ile bilgilerin seri olarak yüklenmesi, SE=1 ve PE=0  seri, SE=0 ve PE=1  paralel Seri bilgi girişinin SL (Shift Left) uygulaması ile bilgi sola doğru kaydırılırken, SR’ye (Shift Rigth) uygulanması ile bilgi sağa doğru kaydırılır. PE = 1, SE = 0 ve paralel girişler (0001)2 değeriyle yüklendikten sonra, SE = 1 ve PE = 0 yapılması durumunda her gelen tetikleme palsı ile kaydedicideki bilgi bir bit kaydırılır.

45 Kaymalı Kaydedici Uygulamaları: Zaman Gecikmesi
Seri giriş - seri çıkışlı kaymalı kaydediciler, A ve B seri girişlerinin birlikte kullanıldığı devreye, seri veri girişinin uygulanması durumunda, ilk gelen kaydırma sinyali ile veri ilk FF’ye yüklenir. Yüklenen bilgi, her bir kaydırma sinyali ile kaydırılarak, belirli bir süre sonucunda çıkış FF’sinde okunur. Devrede 1 MHz’lik kaydırma sinyali uygulanması durumunda, entegrede 8 FF bulunması nedeni ile, zaman gecikmesi 8x1 sn = 8 sn olarak oluşur.

46

47 Kaymalı Kaydedici Uygulamaları: Halka Sayıcı
Seri giriş-paralel çıkışa sahip kaymalı kaydedicide ise, en yüksek değerli biti temsil eden çıkışın seri girişe bağlanması ile halka sayıcı devresi oluşturulur. (1000)2 bilgisi paralel yükleme girişlerine uygulanırsa, ilk tetikleme sinyali ile birlikte bilgiler paralel olarak entegreye yüklenir. Bilginin yüklenmesinden sonra uygulanan kaydırma sinyalleri ile, çıkıştaki bilgi aşağıdaki zaman diyagramında görülen değişimi gösterir. Bu durumda devre, halka sayıcı devresi işlevini gerçekleştirir. 74195 J SH/LD D K 1 2 7 Q 3 Kaydırma Yükleme Silme Clk ‘1’ ‘0’ Clk SH/LD Q 1 2 3

48 Seriden Paralele Veri Dönüşümü
Seri - paralel veri dönüşümü sırasında, seri bilgi ile birlikte başlangıç ve bitişi temsil eden bilgilerin iletilmesi gerekir. Bu nedenle, seri bilgi iletiminde başlangıcı göstermek için bir bitlik ‘0’ bilgisi, bitişi göstermek için iki bitlik ‘1’ bilgisi kullanılır.

49 Seriden Paralele Veri Dönüşümü
Başlangıç bilgisi olarak kullanılan bitin gelmesi ile, kontrol FF’si ‘1’ değerine kurulur ve bu değer ‘Clk’ sinyali üretecini yetkilendirir. Yetkilendirilen ‘Clk’ sinyali üreteci, tetikleme sinyali üretmeye başlar. Üretilen sinyal, veri girişi kaydedici ve 8’e bölücü devrelere uygulanır.

50 Seriden Paralele Veri Dönüşüm
Tetikleme sinyali üreteci devresinde üretilen ‘Clk’ sinyali, seri veri ile aynı frekansa sahiptir. Üretilen ‘Clk’ sinyali ile, ilk veri biti veri kaydedicisine yüklenir. 8 bitlik (D7-D0) seri bilgi, veri giriş kaydedicisinde seri olarak kaydırılır. Takip eden Clk sinyalleri ile, seri olarak gelen bilgiler sırası ile veri giriş kaydedicisine yüklenir.

51 Seriden Paralele Veri Dönüşüm
8. tetikleme sinyali (Clk) sonucunda, 8’e bölücü devrenin TC çıkışındaki ‘VE’ kapısının çıkışı kısa bir süre ‘1’ değerini alarak tetikleme palsı oluşturur. Oluşan tetikleme palsı (TC-Clk), veri çıkış kaydedicisini tetikler ve veri giriş kaydedicisi çıkışlarındaki 8 bitlik bilginin çıkış kaydedicisi paralel girişlerinden kaydediciye yüklenmesini sağlar.

52 Seriden Paralele Veri Dönüşüm
‘TC-Clk’ tetikleme palsı, aynı anda tek-pals üretecini tetikler. Tetiklenen sinyal üreteci kısa süreli bir pals üretir. Üretilen pals, 8’e bölücü devredeki sayıcıyı ve aynı anda kontrol FF’ini sıfırlayarak tetikleme sinyali üretecini yetkisizlendirir.

53 Universal Asenkron Alıcı Verici
Bilgisayar ve mikroişlemci temelli sistemler veri gönderimi ve alımı işleminde genellikle paralel haberleşme sistemini kullanırlar. Bununla beraber, bu sistemler çevre birimleri ile veri alma / gönderme işleminde veri haberleşme şekli olarak seri formu kullanırlar. Paralel ve seri haberleşme şekilleri arasında dönüşümü sağlamak amacıyla, ‘Universal asenkron alıcı – verici (Universal Asynchronous Receiver Transmitter – UART)’ olarak isimlendirilen arabirim elemanı kullanılır.

54 Universal Asenkron Alıcı Verici
UART arabirim elemanı, seri – paralel veri dönüşümü kısmında açıklanan seri – paralel veri dönüştürücü ile birlikte, paralel – seri veri dönüştürücü devresi içerir. Veri yolu, UART ile mikroişlemcili sistem arasında veri taşınmasını sağlayan paralel hatlar setidir. Tampon (buffer), veri kaydediciler ile veri taşıtı arasında arabirim elemanıdır.

55 Universal Asenkron Alıcı Verici
Seri formattaki verileri alan ‘UART’, aldığı veriyi paralel şekle dönüştürür ve oluşan bilgiyi sistem veri yolu üzerine yerleştirir. Seri-paralel dönüştürme işleminde daha önce anlatılan verilen seri giriş-paralel çıkışlı kaydedici devresi kullanılabilir. Ayrıca, sistem veri yolundan paralel formattaki veriyi alan ‘UART’, aldığı veriyi seri forma dönüştürür ve veriyi çevre birim elemanlarına gönderir. Paralel-seri veri dönüşümü için paralel giriş-seri çıkışlı kaydedici devresi kullanılabilir.