Το 7ο κεφάλαιο στο μάθημα Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία του τομέα Ηλεκτρονικής και ειδικότητας Ηλεκτρονικών Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Γ’ τάξη ΕΠΑΛ. Η παρουσίαση αυτή (PPT in PDF) είναι ενεργή, συνοδεύεται από κάποια αρχεία τα οποία συνδέονται με υπερσυνδέσεις. Περισσότερες πληροφορίες στην σελίδα http://www.ilektronikoi.gr/index.php?act=viewCat&catId=19

1. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ
ΚΑΤΑΧΩΡΗΤΕΣ
ΚΕΦ 7

2. l 7.1 Εισαγωγή.
l 7.2 Καταχωρητές.
l 7.3 Καταχωρητές ολίσθησης.
• 7.3.1 SISO.
• 7.3.2 SIPO.
• 7.3.3 PISO.
• 7.3.4 PIPO.
l 7.4 Σειριακή και Παράλληλη μεταφορά
δεδομένων.
l 7.5 Καταχωρητής ολίσθησης με το Ο.Κ. 74194.

3. 7.1 Καταχωρητές εισαγωγή
l Ένας καταχωρητής (register) είναι ένα
κύκλωμα με flip flop και πύλες.
l Τα flip flop λειτουργούν ως μνήμη και οι
πύλες ελέγχουν την μεταφορά της
πληροφορίας από και προς τον
καταχωρητή.
l Καταχωρητής n bits έχει n flip flop και
μπορεί να αποθηκεύει n bits πληροφορία.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 3
ΠΕ1708

4. 7.2 καταχωρητές

5. 7.3 Καταχωρητές ολίσθησης
l Ο καταχωρητής ολίσθησης (shift
register) είναι ένας καταχωρητής
στον οποίο η έξοδος του κάθε flip flop
τροφοδοτεί την είσοδο του γειτονικού
του.
l Με κάθε παλμό ρολογιού τα δεδομένα
ολισθαίνουν από το ένα flip flop στο
γειτονικό του.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 5
ΠΕ1708

6. 7.3 Καταχωρητές ολίσθησης
l Ανάλογα με τον τρόπο τοποθέτησης των
δεδομένων στην είσοδο χωρίζονται σε τέσσερις
βασικούς τύπους.
l Σειριακής εισόδου – παράλληλης εξόδου (serial-in ,
parallel-out SIPO).
l Σειριακής εισόδου – σειριακής εξόδου (serial-in ,
serial-out SISO).
l Παράλληλης εισόδου – παράλληλης εξόδου
(parallel-in , parallel-out PIPO).
l Παράλληλης εισόδου – σειριακής εξόδου (parallel-
in , serial-out PISO).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 6
ΠΕ1708

7. 7.3 Καταχωρητές ολίσθησης
l Ανάλογα με την κατεύθυνση της
ολίσθησης χωρίζονται σε :
l Δεξιάς ολίσθησης (right shift register).
l Αριστερής ολίσθησης (left shift register).
l Εάν η έξοδος του τελευταίου είναι
συνδεδεμένη με την είσοδο του πρώτου.
Κυκλικής ολίσθησης.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 7
ΠΕ1708

8. 7.3.1 Καταχωρητής SISO

9. 7.3.1 Καταχωρητής SISO

10. 7.3.1 Καταχωρητής SISO
l Η ψηφιακή είσοδος που τοποθετείται στον
καταχωρητή τύπου SISO, εμφανίζεται στην έξοδο
του μετά από ένα πλήθος παλμών ρολογιού ίσο με
το μήκος του καταχωρητή ολίσθησης, (δηλαδή με
των αριθμό των FLIP FLOPS).
l Χρησιμοποιείτε δηλαδή όπου χρειάζεται το ψηφιακό
σήμα να καθυστερήσει.
l Η καθυστέρηση υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας
την περίοδο των παλμών του ρολογιού επί το
πλήθος των flip flops. Τ*Ν.
l Ηλεκτρικές κιθάρες (echo), ψηφιακές διαφημιστικές
κυλιόμενες πινακίδες. Κλπ.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 10
ΠΕ1708

11. Μνήμη FIFO με καταχωρητές
SISO
l Μια χρήσιμη εφαρμογή είναι η μνήμη FIFO (first in
first out). Δηλαδή όποια πληροφορία μπαίνει πρώτη
βγαίνει και πρώτη.
l Αποτελείται από έναν αριθμό Μ καταχωρητών από
τους οποίους ο καθένας έχει μήκος Ν bits. Άρα η
μνήμη μπορεί να αποθήκευση Ν*Μ bits πληροφορία.
l Χρησιμοποιούνται για την προσωρινή αποθήκευση
της πληροφορίας έτσι ώστε να προσαρμόζονται οι
ρυθμοί μεταφοράς ανάμεσα σε δύο ψηφιακά
συστήματα διαφορετικής ταχύτητας.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 11
ΠΕ1708

12. 7.3.2 Καταχωρητής SIPO
Μετατροπή
δεδομένων
από
σειριακή σε
παράλληλη.

13. SIPO κυκλικής ολίσθησης
Κυκλώματα ελέγχου απαριθμητών, ΣΑΕ, οδήγηση
βηματικών κινητήρων, κωδικοποίηση εξόδου
πληκτρολογίου.

14. 7.3.3 Καταχωρητής PISO
l Η φόρτωση των δεδομένων μπορεί να
γίνει σύγχρονα ή ασύγχρονα.
l Στην σύγχρονη τα δεδομένα
φορτώνονται με την εφαρμογή παλμού
ρολογιού.
l Στην ασύγχρονή μεταφέρονται
ανεξάρτητα από την ύπαρξη παλμών
ρολογιού.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 14
ΠΕ1708

15. 7.3.3 Καταχωρητής PISO
Μεταφορά δεδομένων σειριακά, μετατροπή δεδομένων
από παράλληλη μορφή σε σειριακή.

16. 7.3.4 Καταχωρητής PIPO σύγχρονος
Μεταφορά πληροφορίας μεταξύ ψηφιακών συστημάτων,
πραγματοποίηση αριθμητικών πράξεων με δυαδικούς.
Η φόρτωση των δεδομένων γίνεται σύγχρονα και ασύγχρονα.

17. Αριθμητικές Πράξεις μεταξύ
δυαδικών αριθμών
l Κάθε ολίσθηση προς τα αριστερά ενός δυαδικού
αριθμού κατά ένα ψηφίο τον πολλαπλασιάζει επί
δύο.
l Κάθε ολίσθηση προς τα δεξιά ενός δυαδικού
αριθμού κατά ένα ψηφίο τον διαιρεί δια δύο.
l Πολλαπλασιασμός δύο αριθμών μπορεί να γίνει
με μία σειρά από διαδοχικές προσθέσεις και
ολισθήσεις προς τα αριστερά.
l Διαίρεση δύο αριθμών μπορεί να γίνει με μία σειρά
από διαδοχικές αφαιρέσεις και ολισθήσεις προς τα
δεξιά.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 17
ΠΕ1708

18. 7.4 Σειριακή και Παράλληλη
Μεταφορά Δεδομένων
l Στην σειριακή τα bits της πληροφορίας
μεταφέρονται σειριακά το ένα μετά το άλλο μέσα
από ένα αγωγό. Ο χρόνος μετάδοσης της
πληροφορίας είναι ίσος με τον χρόνο μετάδοσης
του ενός bit επί τον αριθμό των bits. Χαμηλό
κόστος. Ρυθμός μετάδοσης σε bits/sec.
l Στην παράλληλη μεταφέρονται ταυτόχρονα μέσα
από τόσους αγωγούς όσα και τα bits της
πληροφορίας. Ο χρόνος μετάδοσης είναι ίσος με
τον χρόνο μετάδοσης του ενός bit. Υψηλό κόστος.
Ρυθμός μετάδοσης bytes/sec.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 18
ΠΕ1708

19. 7.4 Σειριακή και Παράλληλη
Μεταφορά Δεδομένων
l Συνήθως η μεταφορά των δεδομένων μέσα σε ένα
ψηφιακό σύστημα γίνεται παράλληλα ενώ για την
μεταφορά ανάμεσα σε δύο ψηφιακά συστήματα
επιλέγεται η σειριακή.
l Η σειριακή σύνδεση γίνεται με δύο καταχωρητές, έναν
PISO ως πομπό και έναν SIPO ως δέκτη.
l Για την σωστή μεταφορά των δεδομένων θα πρέπει
τα δύο ρολόγια των καταχωρητών να συγχρονιστούν
μεταξύ τους, αυτό γίνεται με πολλούς τρόπους, ένας
από αυτούς είναι το ρολόι να είναι κοινό και για τους
δύο, ένας άλλος να στείλουμε κάποια bits
συγχρονισμού.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 19
ΠΕ1708

21. 7.4 Σειριακή και Παράλληλη
Μεταφορά Δεδομένων
l Ειδικά
ολοκληρωμένα
κυκλώματα έχουν
αναπτυχθεί για την
μετάδοση
παράλληλων
δεδομένων
σειριακά UART
(Universal
Asynchronous
Transmitter).
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 21
ΠΕ1708

22. Παραδείγματα σειριακής
μεταφοράς δεδομένων
l Τηλέγραφος (Morse).
l Fax.
l Internet.
l LAN (100 Mbits/sec)
l Firewire (IEEE1394 or IE31394) 400
Mbits/sec.
l USB (Universal Serial Buses) 10 Mbits/sec.
l Σύνδεση περιφερειακών συσκευών σε Η/Υ.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 22
ΠΕ1708

23. Παραδείγματα παράλληλης
μεταφοράς δεδομένων
l Διασύνδεση των σημαντικότερων
τμημάτων εντός του Η/Υ με την
motherboard (μνήμη, σκληρός δίσκος,
dvd, κ.λ.π).
l PCI (Peripheral Component
Interconnect) 132 Mbytes/sec
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 23
ΠΕ1708

24. 7.5 Καταχωρητής Ολίσθησης με
το Ο.Κ 74194
l Είναι ένας γενικής χρήσης καταχωρητής
ολίσθησης των 4 bits (Universal Shift
Register).
l Μπορεί να χρησιμοποιηθεί με
οποιουδήποτε από τους τέσσερις
τύπους που αναφέραμε.
l SISO, SIPO, PISO, PIPO.
12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ 24
ΠΕ1708

25. 7.5 74194
LOAD
ΦΟΡΤΩΣΗ
Shift Right
Ολίσθηση
Δεξιά
Shift Left
Ολίσθηση
Αριστερά
Hold
Διατήρηση

26. 7.5 74194