李愛華 李德良 王建斌軍械工程學院 河北石家莊 050003

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移位寄存器之移位探究

李愛華 李德良 王建斌
軍械工程學院 河北石家莊 050003

摘 要：針對移位寄存器的移位問題歷來存在的眾多爭議，通過“掌握移位本質—理解移位方向—聚焦移位規(guī)律”方式探究了移位的內涵，定義了單向移位寄存器，總結出一種具有普遍性的移位方法。實踐證明該方法符合學習者的認知，有利于學員掌握相關知識和使用方法，教學效果顯著。

關鍵詞：移位寄存器；移位內涵；移位規(guī)律；普遍性

在數(shù)字系統(tǒng)中，移位寄存器是常用的重要器件。然而查閱眾多文獻發(fā)現(xiàn)，左移寄存器和右移寄存器的概念定義混亂，移位分析依據(jù)（如時序圖、狀態(tài)表、電路結構等）不一，這給學習者造成很大的困擾。針對上述問題，筆者結合自身實踐，分析了移位內涵，總結出具有普遍性的移位方法。

1　移位寄存器內涵

移位寄存器是指在移位脈沖的作用下觸發(fā)器的狀態(tài)逐位進行移動［1］。按照移位方式分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器。單向移位寄存器是指具有單方向移位功能的寄存器，包括左移寄存器和右移寄存器；雙向移位寄存器是指既能左移又能右移的寄存器。寄存器數(shù)據(jù)輸入方式和輸出方式分別有串行、并行兩種方式。

移位的內涵是將給定的數(shù)據(jù)存入到寄存器，其原則是輸入的數(shù)據(jù)和寄存器中存儲的數(shù)據(jù)一致，不能發(fā)生改變。例如存入的二進制數(shù)（輸入）D3D2D1D0=1011，則存儲的數(shù)據(jù)（輸出）依然是Q3Q2Q1Q0=1011，權重關系不可改變。對移位理解的歧義點主要在于串行輸入、并行輸出方式，因此下文以此為例闡述。

2　左右移位寄存器定義

左移移位寄存器和右移移位寄存器定義在同行理解中以及許多文獻中定義不明確、不統(tǒng)一。例如在文獻［1］和文獻［2］中并沒有給出明確給出左移寄存器和右移寄存器定義。有的文獻給出了定義，但又有差異。到底以誰的移動為依據(jù)是定義的分歧所在。筆者查閱資料總結出3種定義依據(jù)。

第一，以輸入數(shù)據(jù)Di位置為依據(jù)。當待存數(shù)據(jù)在電路最左側稱為右移寄存器，在電路最右側稱為左移寄存器，文中稱其為位置判別法［3］，示意圖如圖1所示。

圖1　Di位置判別法

第二，以觸發(fā)器的狀態(tài)依次移動方向為依據(jù)。如果觸發(fā)器狀態(tài)依次向左移動則為左移寄存器，否則為右移寄存器［4］，和輸出狀態(tài)Q的權重排列無關，示意圖如圖2所示。

圖2　觸發(fā)器狀態(tài)判別法

第三，以電路邊界為依據(jù)［5］。在移位時最右邊一位由給定信號提供則為左移，最左邊一位由給定信號提供，則為右移，示意圖如圖3所示。

圖3　電路左右邊界判別法

依據(jù)眾多，學習者困惑重重：知道了定義仍不能明確該如何確定使用哪種類型的移位寄存器，比如若要將數(shù)據(jù)D3D2D1D0按照串行方式依次存入寄存器該選擇左移寄存器還是右移寄存器呢？移位寄存器的移位方向與待輸入二進制數(shù)的移位方向一致嗎？比如待輸入的數(shù)據(jù)D3D2D1D0=0011按照D3→D2→D1→D0串行輸入方式并行輸出方式完全存入寄存器，則結果是否Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0011？

顯然，根據(jù)上述定義無法解決上述疑問，因此定義只是名稱，實現(xiàn)移位寄存器功能的關鍵不是名稱而是移位規(guī)律。筆者認為移位寄存器移位的定義從移位寄存器內部結構上認識較易接受，原因在于電路最基本的結構是觸發(fā)器，因此第二種方式—根據(jù)觸發(fā)器的狀態(tài)移動方向定義比較符合認知。

3　移位規(guī)律聚焦

聚焦移位規(guī)律，探尋普遍性的移位思維，是實現(xiàn)正確移位寄存的關鍵。在數(shù)字電路中，按照慣例權重高低規(guī)定為如果腳標是阿拉伯數(shù)字，則數(shù)字由大到小對應權重由高到低，例如Q3Q2Q1Q0，Q3權重最高，Q0最低；如果腳標是英文字母，則按照英文字母表由后到前順序對應權重由高到低，如QDQCQBQA，QD權重最高，QA最低。查閱文獻資料結合自身經驗，筆者總結出以下移位規(guī)律。

第一，確定移位寄存器類型。根據(jù)觸發(fā)器狀態(tài)定義方式，確定左、右移位寄存器。

第二，確定移位寄存器觸發(fā)器輸出狀態(tài)權重位置。比如同樣是左移寄存器Qi狀態(tài)位置有兩種情況如圖4所示。右移寄存器Qi狀態(tài)位置有兩種情況如圖5所示。

圖4　左移寄存器Qi狀態(tài)位置圖

圖5　右移寄存器Qi狀態(tài)位置圖

第三，確定待存入數(shù)據(jù)Di的移位順序；如待存入數(shù)據(jù)為四位二進制數(shù)權重順序由高到低為1011，則存入順序有兩種情況：情況A按照權重由高到低存入1→0→1→1；情況B按照權重由低到高存入1→1→0→1。

第四，寄存數(shù)據(jù)輸入順序與寄存器狀態(tài)位置分布關系。在數(shù)據(jù)移入時把握一個原則，即首先輸入的數(shù)據(jù)Di權重與距離寄存器數(shù)據(jù)輸入端最遠的狀態(tài)Qi一致。這樣就保證了存入數(shù)據(jù)Di和輸出狀態(tài)Qi權重高低的一致性。例如待存入二進制數(shù)為1011，利用如圖6所示的左移寄存器，輸出狀態(tài)Q3距離數(shù)據(jù)輸入端D最遠，則數(shù)據(jù)Di存入先后順序為D3，D2，D1，D0即1，0，1，1。利用如圖7所示的右移寄存器，輸出狀態(tài)Q0距離數(shù)據(jù)輸入端D最遠，則數(shù)據(jù)Di存入先后順序為D0，D1，D2，D3即1，1，0，1。

圖6　左移寄存器

圖7　右移寄存器

4　移位規(guī)律巧析74LS194功能表“分歧”

74LS194是集成雙向移位寄存器，邏輯符號如圖8所示。在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、不同教材、參考書給出的74LS194功能表存在分歧。例如秦曾煌版電子技術教材給出的功能表如表1所示［1］。周連貴版電子技術基礎教材給出的功能表如表2所示［4］。閻石版數(shù)字電子技術教材結合給出的文字說明可以歸納出其功能表與表2相同［2］。

圖8　74LS194邏輯符號

表1　秦增煌版74LS194功能表

表2　周連貴版與閻石版74LS194功能表

表2?。ɡm(xù)）

觀察表1和表2，不難發(fā)現(xiàn)在實現(xiàn)左移和右移功能時，數(shù)據(jù)移入的方向是相反的，到底兩個功能表哪個是正確的呢？根據(jù)本文前述理論移位寄存器的左右移位取決于觸發(fā)器的狀態(tài)移動方向和輸出權重排列無關，右移操作時數(shù)據(jù)d都是向右方移動，左移操作時都是在向左方移動，故兩個表格都正確。在實際使用中，使用者要根據(jù)產品手冊結合自己的需求決定數(shù)據(jù)Di的存入順序。

5　結束語

“掌握移位本質—理解移位方向—聚焦移位規(guī)律”的方式學習移位寄存器及其應用，不管電路形式如何變化，萬變不離其宗。移位的方向是相對的，移位規(guī)律是絕對的，把握不變的本質和規(guī)律是正確掌握移位寄存器的重要法寶。實踐證明該方式符合學習者的認知，有利于學員掌握相關知識和使用方法，教學效果顯著。

參考文獻

［1］ 秦曾煌，姜三勇. 電工學下冊:電子技術［M］.第七版.高等教育出版社，2010.

［2］ 閻石.數(shù)字電子技術基礎［M］.高等教育出版社， 2008， 5: 272-278. ［3］ 張威虎，邵思飛，郭躍周.移位寄存器分析與運用探討［J］.延安大學學報:自然科學版，2000，19（1）:32-35.

［4］ 周連貴.電子技術基礎［M］.第2版.機械工業(yè)出版社，2005.

［5］ 郭躍周，孫津平.移位寄存器分析方法的研究［J］.航空計算技術，2000，30（2）:32-34.

Inquiry on Shifting Problems of the Shift Register

Li Aihua， Li Deliang， Wang Jianbin
Ordnance Engineering Collage， Shijiazhuang， 050003， China

Abstract:There are always many inquiries on shifting problems of shift registers. In this paper the shifting essence is inquired， single track shift register is defned， and a universal shifting method is proposed by the way of "master shift essence-understand shift directionfocus on shift nature". Practical results prove that the method is ft for the learner's cognition， and helps the students master knowledge and application. The teaching effect is notable.

Key words:shift Register； shift essence； shift nature； universality

收稿日期：2015-10-06

作者簡介：李愛華，碩士，講師。