Тұрақты сақтау құрылғыларының схемалық реализациясы. Ығысу Регистрлері.

Тақырып: Тұрақты сақтау құрылғыларының схемалық реализациясы және ығысу регистрлері

 

---

 

 Кіріспе

 

Сандық электроникада сақтау құрылғылары – деректерді уақытша немесе тұрақты сақтау үшін қолданылатын негізгі элементтер. Тұрақты сақтау құрылғылары (ROM) – деректерді энергиясыз да сақтай алатын құрылғылар. Сонымен қатар, ығысу регистрлері – деректерді сақтау және жылжыту (ығыстыру) үшін қолданылатын құрылғылар. Олар сандық сигналдарды уақытша сақтау, жылжыту және өңдеудің тиімді құралы болып табылады.

 

 1. Тұрақты сақтау құрылғылары (ROM)

 

Тұрақты сақтау құрылғылары, яғни ROM (Read-Only Memory) – бұл тек оқуға арналған жад құрылғылары, яғни деректерді жазу мүмкіндігі шектеулі немесе жоқ. ROM құрылғылары жүйелік мәліметтерді ұзақ уақыт сақтау қажет болған жағдайда қолданылады. Мысалы, микропроцессордың бастапқы бағдарламасы немесе жүйелік параметрлер ROM құрылғыларында сақталады.

 

# 1.1 ROM құрылғыларының түрлері

 

ROM құрылғылары бірнеше түрге бөлінеді:

 

1. Маска-бағдарламаланатын ROM (Mask ROM): Деректерді өндіруші зауытта жазады және оларды өзгерту мүмкін емес. Әдетте, бұл құрылғылар микропроцессордың бастапқы кодын немесе бағдарламаларды сақтауда қолданылады.

  

2. PROM (Programmable ROM): Бұл құрылғылар бір рет бағдарламаланатын ROM түрі. Деректерді арнайы құрылғы арқылы жазады, бірақ кейін оны өзгерту немесе өшіру мүмкін емес.

  

3. EPROM (Erasable Programmable ROM): Бұл құрылғыларды ультракүлгін сәуле арқылы өшіріп, қайта жазуға болады. EPROM құрылғыларының үстінде әйнек терезесі бар, ол арқылы деректерді өшіруге болады.

 

4. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): Бұл құрылғыда деректерді электрлік түрде өшіру және қайта жазу мүмкіндігі бар. EEPROM мәліметтерді өзгерту қажеттілігі бар жүйелерде қолданылады.

 

5. Flash ROM: Flash ROM – бұл EEPROM құрылғыларының жақсартылған түрі, онда деректерді қайта жазу жылдамдығы жоғарырақ.

 

# 1.2 ROM схемалық реализациясы

 

ROM құрылғысын құру үшін транзисторлар мен диодтар пайдаланылады, олар белгілі бір тұрақты мәндерді сақтау үшін логикалық схемаларға қосылады. ROM негізінен бірнеше адрес кірісі мен бір немесе бірнеше деректер шығыстарынан тұрады.

 

- Адрес сызықтары: Адрес кірістері ROM жадындағы белгілі бір ұяшыққа кіру үшін қолданылады. Адрес арқылы сақталатын мәндерді таңдауға болады.

- Деректер сызықтары: ROM ұяшығынан оқылатын деректер деректер сызықтары арқылы шығыста көрсетіледі.

 

ROM ішіндегі әрбір ұяшық мәліметтердің белгілі бір биттерін сақтайды және оларды шығару үшін адрес сигналдары қолданылады. ROM схемасы тұрақты, яғни ол энергияға тәуелсіз деректерді сақтайды, бұл оны жүйелік кодтарды сақтау үшін өте ыңғайлы етеді.

 

 2. Ығысу регистрлері

 

Ығысу регистрлері – деректерді биттер бойынша жылжытуға мүмкіндік беретін сақтау құрылғыларының бір түрі. Ығысу регистрлері уақытша сақтау құрылғысы ретінде қолданылады және деректерді оңға, солға немесе айналмалы түрде жылжытуға мүмкіндік береді. Бұл регистрлер сандық сигналдарды өңдеу және жылжыту операцияларын орындауда маңызды рөл атқарады.

 

# 2.1 Ығысу регистрлерінің түрлері

 

Ығысу регистрлері жылжыту бағыты мен басқару мүмкіндіктеріне байланысты бірнеше түрге бөлінеді:

 

1. Солға ығысу регистрі: Бұл регистр деректерді әрбір сағат импульсінде бір разрядқа солға жылжытады. Әрбір ығысу кезінде соңғы бит шығысқа кетеді, ал сол жаққа жаңа бит қосылады.

 

2. Оңға ығысу регистрі: Деректерді оңға жылжытады, яғни әрбір сағат импульсі келгенде деректер бір разрядқа оңға жылжиды, ал оң жақтағы соңғы бит шығысқа шығады.

 

3. Айналмалы ығысу регистрі (циклдік): Бұл регистрде деректер бір бағытта жылжиды, бірақ соңғы бит қайтадан регистрдің басына қосылады, яғни деректер айналымды түрде қозғалады.

 

4. Бір жақты және екі жақты ығысу регистрлері: Бір жақты регистрлер деректерді тек бір бағытта (солға немесе оңға) жылжытады, ал екі жақты регистрлер деректерді екі бағытта да жылжыта алады.

 

# 2.2 Ығысу регистрінің схемотехникасы

 

Ығысу регистрлері көбінесе D және JK триггерлер арқылы құралады. Әрбір триггер бір бит деректі сақтайды, ал сағат сигналдары арқылы деректер әрбір триггер арасында жылжып отырады.

 

- D триггерлермен жасалған регистрлер: Әрбір D триггердің шығысы келесі триггердің кірісіне қосылады. Сағат импульсі келген сайын деректер триггерлер арасында жылжиды.

- Сағат кірісі (Clock): Ығысу регистрлерінде сағат сигналы маңызды рөл атқарады. Сағат сигналы келген сайын деректер келесі триггерге жылжиды.

 

# 2.3 Ығысу регистрлерінің жұмыс істеу принципі

 

Ығысу регистрлері сағат сигналымен синхрондалып жұмыс істейді. Әрбір сағат импульсінде деректердің разрядтары бір орынға жылжиды, ал деректердің кіріс немесе шығыс сызықтары арқылы жылжыту бағытына байланысты жаңа деректер қабылданады немесе шығысқа шығарылады.

 

Мысалы, төрт разрядты ығысу регистрінде келесі әрекеттер орындалады:

 

1. Солға ығысу: Әрбір сағат импульсінде деректер бір разрядқа солға жылжиды, ал жаңа деректер сол жақтан кіріс ретінде беріледі.

2. Оңға ығысу: Деректер әрбір сағат импульсінде оңға жылжиды, ал жаңа деректер оң жақтан беріледі.

3. Айналмалы ығысу: Бұл режимде деректер жылжып, соңғы разряд алғашқы разрядқа қайта қосылады.

 

# 2.4 Ығысу регистрлерінің қолдану саласы

 

Ығысу регистрлері сандық электрониканың түрлі салаларында қолданылады. Олардың кейбір негізгі қолдану аймақтары:

 

1. Сандық деректерді уақытша сақтау: Ығысу регистрлері деректерді сақтау үшін қолданылады, олар деректердің уақытша есте сақтау құрылғысы ретінде жұмыс істейді.

  

2. Сигналдарды кодтау және декодтау: Ығысу регистрлері сигналдарды кодтау және декодтау процестерінде қолданылады, әсіресе байланыс жүйелерінде.

 

3. Санауыштар: Кейбір ығысу регистрлері санауыш ретінде қолданылады, себебі олар сигналдар санына байланысты деректерді жылжытады.

 

4. Жады элементтері: Ығысу регистрлері жады элементтерін құру үшін, әсіресе уақытша сақтау қажет жерлерде қолданылады.

 

5. Сандық сүзгілер: Сандық сигналдарды өңдеу жүйелерінде ығысу регистрлері сандық сүзгілеу элементтері ретінде қолданылады.

 

 Қорытынды

 

Тұрақты сақтау құрылғылары және ығысу регистрлері сандық электрониканың маңызды элементтері болып табылады. Тұрақты сақтау құрылғылары (ROM) ұзақ уақыт сақталуы қажет деректерді сақтау үшін қолданылады, ал ығысу регистрлері деректерді уақытша сақтау және жылжыту үшін кеңінен қолданылады. Ығысу регистрлері деректерді оңға, солға немесе айналмалы түрде жылжыта алады, бұл оларды сигналдарды өңдеу, кодтау және сақтау процестерінде пайдалануға мүмкіндік береді. Осылайша, сақтау құрылғылары мен ығысу регистрлері сандық схемотехникада маңызды рөл атқарып, деректерді өңдеудің тиімді құралдары ретінде қолданылады.