논리회로설계 [10] Register Circuit of Operations

본 포스팅은 Logic and Computer Design Fundementals (Pearson, 2013)의 내용을 다루고 있습니다.

 

지난 포스팅까지 레지스터와 레지스터 전달에 대하여 알아보았다. 이번시간에는 심볼과 연산자 표기, 그리고 여러가지 연산을 수행하는 레지스터 회로를 살펴보자.

 

Symbols for Register Transfers

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Basic Symbol

Basic Symbols for Register Transfers

 

레지스터 전달을 심볼로서 표기할 때는 여러가지 기호들이 사용된다. 보통 알파벳 레터와 숫자로 레지스터를 표기하고, 그 둘을 잇는 화살표로 전달자와 피전달자를 구분한다.

만약 comma로 쓰여있다면 동시에 수행, 즉 같은 clock cycle에 같이 연산되는 전달이다. []의 경우 메모리를 참조한다는 뜻이다.

Arithmetic

위와 같은 arithmetic 연산들도 수행할 수 있겠다.

R0 ← R1 + R2와 같이 두개의 레지스터를 더하여 다른 레지스터에 전달하는 경우 adder와 같은 조합회로를 거쳐서 전달된다.

Logic

논리 연산도 가능하다.

Shift

당연히 Shift 연산도 가능하다.

Various Register Transfer Circuits

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이제 레지스터 전달로 연산을 수행하는 여러가지 회로와 구현방법에 관해 살펴보자.

Add & Subtract Microoperation

레지스터 전달 회로로 가감산기를 구현할 수 있다.

구조를 보면 Selector 입력 X에 의해 R1에 R2를 더하거나, 빼는 micro 연산을 수행한다.

K1 로드 입력에 의해 컨트롤 되며, carry를 통해 오버플로우를 체크하는 V와 C를 저장하는 레지스터가 존재한다.

Register Selecting

두 개의 레지스터 R1과 R2 중 한 개를 골라 또 다른 레지스터 R0에 전달하는 회로를 만든다고 하자.
아래와 같이 구현할 수 있다.

2가지 Load 입력 K1 과 K2를 이용하여,

• K1 = 1 일때 R0 ← R1
• K2 = 1 일때 R0 ← R2

4비트의 데이터를 굳이 다이어그램에 다 표기할 필요는 없다.

위와 같이 vector로 묶어 나타내면 간단하고 알아보기 쉽다.

4-Bit Shift Register

Shift 연산을 수행하는 레지스터 회로를 만들어 볼 수도 있겠다.

4개의 flip flop이 직렬적으로 연결되어있다. 각각 한 비트라고 하면 1 clock cycle당 각 레지스터의 오른쪽으로 transfer 되면서 Shift연산이 일어난다. 우측으로 shift 되므로 Right Shift 이다.

심볼화하여 위와같이 간단하게 나타낼 수 있겠다.

4-Bit Shift Register with Parallel Load

같은 4-Bit Shift 레지스터이지만 parallel load가 가능한 회로이다.

• Shift 0 Load 0 이면 상태를 유지
• Shift 0 Load 1 이면 입력 D를 로드
• Shift 1 Load x 이면 Shift left

레지스터로 들어가는 값은 shift * Q(i-1) + ^shift * load * D(i) + ^shift * ^load * Q(i) 로 나타낼 수 있다.

Bidirectional Shift Register with Parallel Load

위의 3가지 행동을 수행할 수 있는 Shift 레지스터와 달리 위 그림의 회로는 left shift와 right shift 모두 연산 가능한 bidirectional 한 레지스터이다.

Selector 입력에 따라 4가지 연산(LR shift, hold, load)중 한가지를 연산함으로 각 플립 플롭에 4to1 MUX 를 이용한다. 그림에서는 가운데 레지스터만의 mx를 표시하였다.

위와 같이 심볼화하여 나타낸다.

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이번 포스팅에서는 레지스터 전달을 위한 심볼들과, 여러가지 종류의 레지스터 회로에 대해 알아보았다.
다음 포스팅에서는 입력이 없는 레지스터 회로 Counter에 대해 알아보도록 하겠다.

[Logic Design - 11]에 계속↗