數位電子中的雙向移位暫存器

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在數字電子系統中，暫存器是一種基本的儲存單元，用於以二進位制形式儲存和操作資料。暫存器基本上是一組觸發器，其中觸發器是一種一位儲存裝置。暫存器的儲存容量取決於暫存器中使用的觸發器數量。

• 暫存器通常用於數字電子系統的不同部分，例如處理器、算術單元、儲存單元等。

• 根據應用和功能，暫存器可分為多種型別，例如**資料暫存器、移位暫存器、儲存暫存器**等。

在本文中，我們將探討雙向移位暫存器。但在瞭解它之前，讓我們先了解一下移位暫存器。

什麼是移位暫存器？

在數字電子系統中，**移位暫存器**是一種可以將儲存的二進位制資料從一個位置移到另一個位置的暫存器。移位暫存器的構造由一系列級聯連線的觸發器組成。在這個級聯的觸發器組中，一個觸發器的輸出連線到下一個觸發器的輸入。這種安排允許透過將儲存的位向左或向右或同時向兩個方向移動來在暫存器內移動或重新定位資料。

根據其特性，移位暫存器可以分為以下型別：

• 序列輸入序列輸出 (SISO) 移位暫存器

• 並行輸入並行輸出 (PIPO) 移位暫存器

• 序列輸入並行輸出 (SIPO) 移位暫存器

• 並行輸入序列輸出 (PISO) 移位暫存器

• 雙向移位暫存器

移位暫存器用於各種數字電子系統，例如資料儲存單元、處理器、資料轉換器、訊號處理系統等等。

在深入瞭解數字暫存器和移位暫存器的基礎知識後。現在讓我們討論雙向移位暫存器。

什麼是雙向移位暫存器？

允許資料向左和向右兩個方向移動的移位暫存器稱為**雙向移位暫存器**。因此，雙向移位暫存器提供了更大的靈活性來在暫存器內移動和操作資料。

在雙向移位暫存器中，資料的移動方向由控制訊號控制，並且取決於所需的操作。為此，在暫存器內提供了一個額外的控制電路。

雙向移位暫存器通常透過級聯一系列觸發器來構建。在這個系列中，觸發器以這樣的方式連線：每個觸發器的輸出連線到下一個觸發器的輸入。需要注意的是，第一個觸發器的輸入連線到資料輸入線。

控制電路產生的控制/時鐘訊號決定資料移動的方向。這些控制訊號通常命名為左移（將資料向左移動）和右移（將資料向右移動）。

此外，雙向暫存器還有一個控制訊號，稱為並行載入 (PL)，它允許暫存器並行接收資料並同時將其載入到觸發器中。

雙向移位暫存器的電路圖和工作原理

4 位雙向移位暫存器的電路圖如下圖所示：

它由四個級聯在一起的 D 觸發器以及一個控制電路組成，該控制電路為每個觸發器包含兩個與門和一個或門。它有一個控制輸入訊號 R/L'，用於控制移位方向。

從控制訊號 R/L' 可以看出，R 是一個高電平有效訊號，而 L' 是一個低電平有效訊號。當 R/L' 訊號為高電平時，移位暫存器充當右移移位暫存器。當 R/L' 為低電平時，移位暫存器充當左移移位暫存器。

雙向移位暫存器如何工作？

現在，讓我們瞭解一下這個雙向移位暫存器的工作原理。

情況 1 – 右移操作

當控制訊號 R/L' 為高電平時，與門 1、3、5 和 7 啟用，而與門 2、4、6 和 8 停用。觸發器 A 的輸出連線到觸發器 B 的輸入，觸發器 B 的輸出連線到觸發器 C 的輸入，觸發器 C 的輸出連線到觸發器 D 的輸入。因此，當發生時鐘訊號時，資料位向右移動一位。

情況 2 – 左移操作

當控制訊號 R/L' 為低電平時，與門 2、4、6 和 8 啟用，而與門 1、3、5 和 7 停用。每個觸發器的輸出 Q 連線到後續觸發器的 D 輸入。因此，當發生時鐘訊號時，資料位向左移動一位。

這就是雙向移位暫存器的構造方式及其工作原理。

雙向移位暫存器的優點

在數位電子電路中使用雙向移位暫存器可以帶來諸多好處。以下是雙向移位暫存器的一些主要優點：

• 雙向移位暫存器允許資料向左和向右兩個方向移動。這提高了數位電路的靈活性。

• 雙向移位暫存器透過在一個單元中整合右移和左移操作來降低電路複雜性。

• 雙向移位暫存器還可以最佳化記憶體利用率。

雙向移位暫存器的應用

以下是雙向移位暫存器的一些主要應用：

• 雙向移位暫存器廣泛用於微處理器，以實現更快的​​資料處理。

• 雙向移位暫存器用於算術電路。

• 它們還用於儲存單元以儲存和操作資料。

• 雙向移位暫存器在影像處理領域中用於執行影像掃描、旋轉等任務。

• 雙向移位暫存器也用於資料壓縮和加密應用。

• 它們還用於數字訊號處理以降低噪聲、分析訊號、濾波操作等。

結論

雙向移位暫存器可以使用控制訊號靈活地將資料位向左和向右兩個方向移動。它們提供了許多優點，例如降低電路複雜性、降低成本、提高效率等。由於所有這些優點，它們是各種數位電子電路中的關鍵元件。