Structure Machine
Suite Chapitre 1 : Les Registres

Un registre est un ensemble ordonné de n bascules qui permet de mémoriser une information sur n bits. On dit alors que la taille du registre est n.

Il y a plusieurs types de registres :

1. Registres à chargement (Load Register) :

Il existe plusieurs types de registres :

• Registre de chargement à entrées série et sortie série
• Registre de chargement à entrées parallèles et sorties parallèles
• Registre de chargement à entrées série et sortie parallèle.
• Registre de chargement à entrées parallèles et sortie série

a. Réalisation d'un registre à chargement parallèle :

à suivre...

b. Réalisation d'un registre à chargement en série :

à suivre...

2. Registres à décalage (Shift Register)

Il y en a plusieurs types :

• Les registres à décalage à gauche
• Les registres à décalage à droite
• Les registres à décalage à gauche circulaire
• Les registres à décalage à droite circulaire

La réalisation d'un registre, de n'importe quel type, est basée essentiellement sur le circuit séquentiel de décalage élémentaire (CDE).

Réalisation du circuit de décalage élémentaire (CDE):

Le logigramme correspondant à ce circuit est :

Il fonctionne selon le principe suivant :

Q_i reçoit la nouvelle valeur à l'entrée E_i

S_i reçoit l'ancienne valeur Q_i

Pour obtenir le circuit logique - en utilisant une bascule D - nous allons dresser la table d'excitation :

On peut écrire les expressions algébriques comme suit :

S_i = Q_i^t

D_i = E_i

Le circuit logique est donc :

Pour illustrer des exemples, nous allons fixer n à 3 (la taille du registre est de 3 bits ).

a. Réalisation d'un registre à décalage à gauche de taille 3 :

Le registre n'est qu'une interconnexion de 3 CDE de la façon suivante :

L'ensemble du registre est décalé d'une position vers la gauche comme suit :

b. Réalisation d'un registre à décalage à droite de taille 3 :

Le registre n'est qu'une interconnexion de 3 CDE de la façon suivante :

L'ensemble du registre est décalé d'une position vers la droite comme suit :

c. Réalisation d'un registre à décalage circulaire à gauche de taille 3 :

Le registre n'est qu'une interconnexion de 3 CDE de la façon suivante :

L'ensemble du registre est décalé d'une position vers la gauche. A chaque nouvelle transition, le bit de poids fort occupe le bit de poids faible :

d. Réalisation d'un registre à décalage circulaire à droite de taille 3 :

Le registre n'est qu'une interconnexion de 3 CDE de la façon suivante :

L'ensemble du registre est décalé d'une position vers la droite. A chaque nouvelle transition, le bit de poids faible occupe le bit de poids fort :

3. Registres arithmétiques et logiques :

Il existe plusieurs types de ces registres :

• Registre de Complément à 1
• Additionneur Binaire
• Registre de Complément à 2
• Soustracteur en Complément à 2
• Multiplicateur Binaire
• Diviseur Binaire

a. Réalisation d'un Registre de Complément à 1 :

Un registre Complément à 1 peut être réalisé à l'aide de bascules JK. Il consiste à inverser chaque bit x_i. Le circuit peut être comme suit :

Cependant, ce circuit ne peut être utile sauf s'il est combiné avec un registre à chargement. Ainsi, on pourra y charger une valeur binaire et ensuite la complémenter à 1.

b. Réalisation d'un Additionneur Binaire

Un additionneur binaire permet d'obtenir la somme x ← x + y en binaire sur n bits. La réalisation de ce circuit est basée essentiellement sur le circuit de l'additionneur binaire élémentaire (ABE).

Note : A ne pas confondre avec les Demi et Plein-Additionneurs qui sont des circuits combinatoires.

Réalisation du circuit de l'additionneur binaire élémentaire (ABE) :

Le logigramme correspondant à ce circuit est :

Il fonctionne selon le principe suivant :

x_i^t+1 reçoit la somme binaire de x_i^t et y_i

R_i reçoit la retenue de cette somme

Pour obtenir le circuit logique, nous allons dresser la table d'excitation en utilisant des bascules T. Noter que x_i réprésente la sortie de cette bascule.

On peut écrire les expressions algébriques comme suit :

Le circuit logique de l'ABE est donc :

Réalisation d'un additionneur binaire de taille 3 :

Le circuit n'est qu'une interconnexion de 3 ABE. Chaque nouvelle retenue d'un ABE_i doit être passée comme une retenue d'entrée à l'ABE_i+1. Nous concluons que ces deux derniers ne doivent pas travailler en même temps (en la même période horloge) mais pendant des périodes qui se suivent.

Cet additionneur binnaire réalise la somme en 3 périodes d'horloge. Supposons que x = (x₃ x₂ x₁) = 011 et y = (y₃ y₂ y₁) =010. La somme est réalisée comme suit :

Les 3 horloges peuvent être controlées par un décodeur 2x4. Lorsque R est égal à 1 on dit qu'il y a un dépassement de capacité (overflow).

c. Réalisation d'un Registre de Complément à 2

Le registre complément à 2 est une combinaison du registre à chargement, du complément à 1 et de l'additionneur binaire. Par exemple, pour complémenter à 2 la valeur de x = (x₃ x₂ x₁) = 011, on suit les étapes suivantes :

1. On charge (x₃ x₂ x₁) dans le registre. On a 011 dans le registre.
2. On complémente à 1. On obtient 100 dans le registre
3. On additionne avec 1. On obtient 101dans le registre.

d. Réalisation d'un Soustracteur en Complément à 2

Le registre complément à 2 est une combinaison du registre à chargement, du complément à 1 et de l'additionneur binaire. Par exemple, pour calculer x - y, sachant que x = (x₃ x₂ x₁) = 011 et y = (y₃ y₂ y₁) =010, on suit les étapes suivantes :

1. On charge y = (y₃ y₂ y₁) dans le resgitre. On a 010 dans le registre.
2. On complémente à 1. On obtient 101 dans le registre
3. On additionne 1 (Complément à 2). On obtient 110 dans le registre.
4. On additionne avec x = (x₃ x₂ x₁). On obtient 001 dans le registre.

e. Réalisation d'un Multiplicateur Binaire

To be continued

f. Réalisation d'un Diviseur Binaire

To be continued