移位寄存器之移位探究

李爱华 李德良 王建斌军械工程学院 河北石家庄 050003



移位寄存器之移位探究

李爱华 李德良 王建斌
军械工程学院 河北石家庄 050003

摘 要：针对移位寄存器的移位问题历来存在的众多争议，通过“掌握移位本质—理解移位方向—聚焦移位规律”方式探究了移位的内涵，定义了单向移位寄存器，总结出一种具有普遍性的移位方法。实践证明该方法符合学习者的认知，有利于学员掌握相关知识和使用方法，教学效果显著。

关键词：移位寄存器；移位内涵；移位规律；普遍性

在数字系统中，移位寄存器是常用的重要器件。然而查阅众多文献发现，左移寄存器和右移寄存器的概念定义混乱，移位分析依据（如时序图、状态表、电路结构等）不一，这给学习者造成很大的困扰。针对上述问题，笔者结合自身实践，分析了移位内涵，总结出具有普遍性的移位方法。

1　移位寄存器内涵

移位寄存器是指在移位脉冲的作用下触发器的状态逐位进行移动［1］。按照移位方式分为单向移位寄存器和双向移位寄存器。单向移位寄存器是指具有单方向移位功能的寄存器，包括左移寄存器和右移寄存器；双向移位寄存器是指既能左移又能右移的寄存器。寄存器数据输入方式和输出方式分别有串行、并行两种方式。

移位的内涵是将给定的数据存入到寄存器，其原则是输入的数据和寄存器中存储的数据一致，不能发生改变。例如存入的二进制数（输入）D3D2D1D0=1011，则存储的数据（输出）依然是Q3Q2Q1Q0=1011，权重关系不可改变。对移位理解的歧义点主要在于串行输入、并行输出方式，因此下文以此为例阐述。

2　左右移位寄存器定义

左移移位寄存器和右移移位寄存器定义在同行理解中以及许多文献中定义不明确、不统一。例如在文献［1］和文献［2］中并没有给出明确给出左移寄存器和右移寄存器定义。有的文献给出了定义，但又有差异。到底以谁的移动为依据是定义的分歧所在。笔者查阅资料总结出3种定义依据。

第一，以输入数据Di位置为依据。当待存数据在电路最左侧称为右移寄存器，在电路最右侧称为左移寄存器，文中称其为位置判别法［3］，示意图如图1所示。

图1　Di位置判别法

第二，以触发器的状态依次移动方向为依据。如果触发器状态依次向左移动则为左移寄存器，否则为右移寄存器［4］，和输出状态Q的权重排列无关，示意图如图2所示。

图2　触发器状态判别法

第三，以电路边界为依据［5］。在移位时最右边一位由给定信号提供则为左移，最左边一位由给定信号提供，则为右移，示意图如图3所示。

图3　电路左右边界判别法

依据众多，学习者困惑重重：知道了定义仍不能明确该如何确定使用哪种类型的移位寄存器，比如若要将数据D3D2D1D0按照串行方式依次存入寄存器该选择左移寄存器还是右移寄存器呢？移位寄存器的移位方向与待输入二进制数的移位方向一致吗？比如待输入的数据D3D2D1D0=0011按照D3→D2→D1→D0串行输入方式并行输出方式完全存入寄存器，则结果是否Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0011？

显然，根据上述定义无法解决上述疑问，因此定义只是名称，实现移位寄存器功能的关键不是名称而是移位规律。笔者认为移位寄存器移位的定义从移位寄存器内部结构上认识较易接受，原因在于电路最基本的结构是触发器，因此第二种方式—根据触发器的状态移动方向定义比较符合认知。

3　移位规律聚焦

聚焦移位规律，探寻普遍性的移位思维，是实现正确移位寄存的关键。在数字电路中，按照惯例权重高低规定为如果脚标是阿拉伯数字，则数字由大到小对应权重由高到低，例如Q3Q2Q1Q0，Q3权重最高，Q0最低；如果脚标是英文字母，则按照英文字母表由后到前顺序对应权重由高到低，如QDQCQBQA，QD权重最高，QA最低。查阅文献资料结合自身经验，笔者总结出以下移位规律。

第一，确定移位寄存器类型。根据触发器状态定义方式，确定左、右移位寄存器。

第二，确定移位寄存器触发器输出状态权重位置。比如同样是左移寄存器Qi状态位置有两种情况如图4所示。右移寄存器Qi状态位置有两种情况如图5所示。

图4　左移寄存器Qi状态位置图

图5　右移寄存器Qi状态位置图

第三，确定待存入数据Di的移位顺序；如待存入数据为四位二进制数权重顺序由高到低为1011，则存入顺序有两种情况：情况A按照权重由高到低存入1→0→1→1；情况B按照权重由低到高存入1→1→0→1。

第四，寄存数据输入顺序与寄存器状态位置分布关系。在数据移入时把握一个原则，即首先输入的数据Di权重与距离寄存器数据输入端最远的状态Qi一致。这样就保证了存入数据Di和输出状态Qi权重高低的一致性。例如待存入二进制数为1011，利用如图6所示的左移寄存器，输出状态Q3距离数据输入端D最远，则数据Di存入先后顺序为D3，D2，D1，D0即1，0，1，1。利用如图7所示的右移寄存器，输出状态Q0距离数据输入端D最远，则数据Di存入先后顺序为D0，D1，D2，D3即1，1，0，1。

图6　左移寄存器

图7　右移寄存器

4　移位规律巧析74LS194功能表“分歧”

74LS194是集成双向移位寄存器，逻辑符号如图8所示。在教学中，笔者发现互联网、不同教材、参考书给出的74LS194功能表存在分歧。例如秦曾煌版电子技术教材给出的功能表如表1所示［1］。周连贵版电子技术基础教材给出的功能表如表2所示［4］。阎石版数字电子技术教材结合给出的文字说明可以归纳出其功能表与表2相同［2］。

图8　74LS194逻辑符号

表1　秦增煌版74LS194功能表

表2　周连贵版与阎石版74LS194功能表

表2　（续）

观察表1和表2，不难发现在实现左移和右移功能时，数据移入的方向是相反的，到底两个功能表哪个是正确的呢？根据本文前述理论移位寄存器的左右移位取决于触发器的状态移动方向和输出权重排列无关，右移操作时数据d都是向右方移动，左移操作时都是在向左方移动，故两个表格都正确。在实际使用中，使用者要根据产品手册结合自己的需求决定数据Di的存入顺序。

5　结束语

“掌握移位本质—理解移位方向—聚焦移位规律”的方式学习移位寄存器及其应用，不管电路形式如何变化，万变不离其宗。移位的方向是相对的，移位规律是绝对的，把握不变的本质和规律是正确掌握移位寄存器的重要法宝。实践证明该方式符合学习者的认知，有利于学员掌握相关知识和使用方法，教学效果显著。

参考文献

［1］ 秦曾煌，姜三勇. 电工学下册:电子技术［M］.第七版.高等教育出版社，2010.

［2］ 阎石.数字电子技术基础［M］.高等教育出版社， 2008， 5: 272-278. ［3］ 张威虎，邵思飞，郭跃周.移位寄存器分析与运用探讨［J］.延安大学学报:自然科学版，2000，19（1）:32-35.

［4］ 周连贵.电子技术基础［M］.第2版.机械工业出版社，2005.

［5］ 郭跃周，孙津平.移位寄存器分析方法的研究［J］.航空计算技术，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

作者简介：李爱华，硕士，讲师。