Układy sekwencyjne zbudowane z zespołu przerzutników, najczęściej synchronicznych typu D, służące do przechowywania danych, to
A. bramki.
B. kodery.
C. dekodery.
D. rejestry.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2018 (arkusz EE.08-X-18.06).
Rejestry to właśnie układy sekwencyjne zbudowane z grupy przerzutników, najczęściej synchronicznych typu D, których głównym zadaniem jest przechowywanie danych binarnych. Jeden przerzutnik przechowuje zwykle jeden bit, więc rejestr 8-bitowy składa się najczęściej z 8 przerzutników i może zapamiętać jeden bajt informacji. W praktyce takie układy spotyka się w procesorach, mikrokontrolerach, sterownikach, licznikach, interfejsach komunikacyjnych i pamięciach podręcznych. Rejestry mogą przechowywać dane równolegle, przesuwać bity w lewo lub w prawo, buforować sygnały albo synchronizować dane z zegarem systemowym. Moim zdaniem to jeden z tych elementów elektroniki cyfrowej, który warto dobrze zrozumieć, bo potem łatwiej ogarnąć działanie CPU, magistral danych i układów sterujących. Dobra praktyka projektowa mówi, żeby w układach synchronicznych pilnować wspólnego sygnału zegarowego, czasów setup i hold oraz unikać przypadkowych stanów nieustalonych. Dzięki temu rejestr zapisuje dane stabilnie i przewidywalnie.
W tym pytaniu kluczowe jest rozróżnienie układów kombinacyjnych od sekwencyjnych. Układy sekwencyjne mają pamięć stanu, czyli ich wyjście zależy nie tylko od aktualnych sygnałów wejściowych, ale też od tego, co było zapisane wcześniej. Dlatego opis zespołu przerzutników typu D bardzo mocno wskazuje na rejestr. Bramki logiczne, takie jak AND, OR, NOT, NAND czy XOR, są podstawowymi elementami kombinacyjnymi. Realizują działania logiczne na sygnałach, ale same z siebie nie przechowują bitu informacji. Częsty błąd polega na tym, że ktoś kojarzy każdą elektronikę cyfrową z bramkami, bo faktycznie są one fundamentem, ale fundament to jeszcze nie gotowy blok pamiętający dane. Kodery również nie pasują do definicji. Koder zamienia aktywne wejście na określony kod binarny, na przykład z wielu linii wejściowych tworzy krótszy zapis binarny. To jest przetwarzanie informacji, nie jej zapamiętywanie. Dekodery działają w drugą stronę: z kodu binarnego wybierają jedną z wielu linii wyjściowych, co przydaje się np. przy adresowaniu pamięci albo wyborze urządzenia na magistrali. One też typowo są układami kombinacyjnymi. Z mojego doświadczenia najłatwiej zapamiętać to tak: jeśli w opisie pojawia się przerzutnik, zegar i przechowywanie bitów, to trzeba myśleć o rejestrach, licznikach albo innych układach sekwencyjnych, a nie o samych bramkach, koderach czy dekoderach.