Registro a scorrimento

Nel campo dell'elettronica digitale , un registro a scorrimento è un registro, cioè un insieme di flip - flop sincroni, i cui flip-flop sono collegati uno ad uno, ad eccezione di due flip-flop che non sono necessariamente collegati. Ad ogni ciclo di clock , il numero rappresentato da questi flip-flop viene aggiornato. Il concetto di shift permette di inserire dati nel registro, oppure di leggerli bit per bit in serie .

Un registro consente di memorizzare dati elementari, o un indirizzo di memoria , su cui l'unità centrale può eseguire calcoli o elaborazioni.

Tipi

Esistono diversi tipi di registro a scorrimento:

SISO ( S erial I n - S erial O ut ): ad ogni ciclo di clock si può scrivere solo in un bilanciere (quando due bilancieri non sono collegati tra loro, è quello il cui ingresso non è collegato ad un altro bilanciere), e se ne può leggere solo un altro (quando due bilancieri non sono collegati tra loro è quello la cui uscita non è collegata ad un altro bilanciere)
SIPO ( S erial I n - P arallel O ut ): ad ogni ciclo di clock si può scrivere solo in un bilanciere (quando due bilancieri non sono collegati tra loro è quello il cui ingresso non è collegato ad un altro bilanciere), ma possiamo leggere i valori di tutti i rocker
PISO ( P arallel I n - S erial O ut ): ad ogni ciclo di clock è possibile forzare il valore di tutti i flip-flop, ma se ne può leggere solo uno (quando due flip-flop non sono collegati tra loro, viene è quello la cui uscita non è collegata ad un altro bilanciere)
PIPO ( P arallel I n - P arallel O ut ): ad ogni ciclo di clock possiamo forzare il valore di tutti i flip-flop, e possiamo leggerli tutti

Il registro a scorrimento reversibile è un registro a scorrimento in cui lo spostamento viene effettuato a destra oa sinistra in base al livello logico applicato all'ingresso "Direzione di spostamento".

Esempi di applicazioni

SISO: L'informazione che si vuole inserire nel registro è presentata all'ingresso del primo bilanciere. Durante un impulso di clock, il bit di informazione viene introdotto nel registro e tutti gli altri bit vengono spostati. Il bit che era stato memorizzato nell'ultimo flip-flop viene perso se non viene memorizzato o reinserito in qualche modo nella struttura. I registri SISO vengono utilizzati per realizzare linee di ritardo digitali (en) . Il ritardo tra l'entrata dell'informazione nel registro e la sua uscita dipende dal numero di flip-flop e dalla frequenza di clock.

PIPO: spostando tutti i bit di un numero binario a destra oa sinistra, dividiamo o moltiplichiamo il numero per 2. Un registro PIPO può quindi essere utilizzato per eseguire calcoli (moltiplicazione o divisione per una potenza di 2). È sufficiente operare il numero appropriato di spostamenti a sinistra oa destra tra il momento in cui i bit vengono introdotti nel registro e il momento in cui vengono recuperati.

PISO e SIPO: questi due tipi di registri vengono utilizzati nei collegamenti seriali; costituiscono la base di UART e modem . Immagina di voler trasmettere informazioni tra due computer distanti pochi metri o decine di metri. La trasmissione di informazioni in forma "parallela" richiederebbe almeno 9 fili (8 per 8 bit, uno per massa), senza contare i fili aggiuntivi per il dialogo tra computer. È più semplice utilizzare un registro PISO per inviare i bit costituenti ciascun byte che si desidera trasmettere in una serie di 8 bit che compaiono uno dopo l'altro su un'unica riga. Alla fine della riga, un registro SIPO riceve i bit che arrivano in coda e ricostruisce i byte che vengono trasmessi al computer di destinazione.

Registri SISO reversibili: permettono ad esempio di creare quelli che vengono chiamati stack LIFO ( Last In, First Out ): i bit vengono caricati nel registro; quindi invertiamo la direzione dello spostamento. I bit vengono visualizzati all'uscita del primo flip-flop nell'ordine inverso rispetto al loro ingresso.

Registro a scorrimento con feedback lineare

Un LFSR, o Linear Feedback Shift Register, è una variante con un'unità logica o aritmetica. I bit all'uscita del registro subiscono una serie di operazioni e trasformazioni per essere reinseriti nel registro. Questo tipo di registro viene utilizzato in crittografia per le implementazioni hardware di alcuni algoritmi di crittografia del flusso . Si trovano anche in alcuni microprocessori dedicati all'elaborazione del segnale ( DSP ), in particolare per il filtraggio. Questo tipo di circuito viene utilizzato anche durante la fase di test dei circuiti integrati consentendo la generazione automatica degli ingressi (vettori di test).

Le stringhe di bit prodotte da un registro a scorrimento a retroazione lineare sono stringhe ricorrenti lineari sul campo finito con due elementi F 2 . Sono necessariamente periodici di un certo rango. Questo periodo ha una lunghezza massima di 2 n -1, dove n è la dimensione del registro. La lunghezza è raggiunta se il polinomio caratteristico della matrice della sequenza lineare ricorrente è un polinomio primitivo . Tuttavia, i primi 2 n bit di questa sequenza sono sufficienti per determinare completamente il dispositivo, vale a dire la funzione di feedback ( n bit) e un'inizializzazione del registro ( anche n bit), e possono essere ottenuti da un n- algoritmo di complessità quadratica , l' algoritmo di Berlekamp-Massey (en) .

uso

crittografia dei flussi in crittografia
divisione per una potenza di due (spostamento a sinistra oa destra)
buffer per la ricezione dei dati (FIFO: first in - first out )
contatore, timer