يمكن أن تخزن “Flip flops” جزءاً واحداً من البيانات الثنائية أي 1 أو 0، ولكن إذا كان هناك حاجة إلى تخزين أجزاء متعددة من البيانات فيجب توفر “Flip flops” متعددة، ونظراً لاستخدام “Flip flops” واحد للتخزين بت واحد يتم توصيل “n flip flops” من أجل تخزين “n بت” من البيانات، وفي الإلكترونيات الرقمية السجل هو جهاز يستخدم لتخزين المعلومات.
أساسيات سجلات التحويل في Flip flops
تستخدم “Flip flops” في إنشاء السجلات، والتسجيل عبارة عن مجموعة من “Flip flops” تستخدم لتخزين أجزاء متعددة من البيانات، وعلى سبيل المثال إذا كان الكمبيوتر سيخزن بيانات “16 بت” فإنّه يحتاج إلى مجموعة من “16 Flip flops”، كما قد تكون مدخلات ومخرجات السجل متسلسلة أو متوازية بناءً على المتطلبات.
وسلسلة بتات البيانات المخزنة بواسطة السجلات تسمى “بايت” أو “كلمة”، حيث يتم تجميع بايت من “8 بتات” وكلمة مجموعة من “16 بت” أو “2 بايت”، وعندما يتم توصيل عدد من “flip flops” في سلسلة يُطلق على هذا الترتيب اسم “Register”، ويمكن نقل المعلومات المخزنة داخل السجلات وهذه تسمى “سجلات التحول”، وسجل التحول عبارة عن دائرة متسلسلة تخزن البيانات وتحولها نحو الناتج في كل دورة على مدار الساعة.
أنواع سجلات التحويل
أولاً: “Serial In Serial Out” سجل التحول
يتم تقديم المدخلات في هذا السجل بطريقة تسلسلية أي بت واحد تلو الآخر من خلال سطر بيانات واحد ويتم أيضاً جمع المخرجات بشكل تسلسلي، كما يمكن نقل البيانات إلى اليسار فقط أو نقلها إلى اليمين فقط ومن ثم يطلق عليه اسم “Serial in Serial out shift” أو سجل إزاحة “SISO”.
نظراً لأنّ البيانات يتم تغذيتها من اليمين شيئاً فشيئاً فإنّ سجل الإزاحة ينقل بتات البيانات إلى اليسار ويتكون سجل إزاحة “4 بت SISO” من “4 flip flops” وثلاثة اتصالات فقط، والسجلات التي ستحول البتات إلى اليسار تسمى “Shift left registers” والسجلات التي ستحول البتات إلى اليمين تسمى “Shift right registers”، ومثال إذا تم تمرير البيانات 1101 إلى إدخال البيانات فسيكون الناتج المبدل 0110.
وهذا هو أبسط سجل بين الأنواع الأربعة ونظراً لأنّ إشارة الساعة متصلة بجميع “flip flops” الأربعة فإنّ البيانات التسلسلية متصلة بأقصى اليسار أو اليمين، كما يتم توصيل ناتج أول “flip flops” بإدخال “flip flops” التالي وما إلى ذلك ويتم جمع الناتج النهائي لسجل التحول عند أقصى قلب.
وفي سجل التحول عندما يتم تطبيق إشارة الساعة ويتم تقديم البيانات التسلسلية سيتوفر بت واحد فقط عند الناتج في كل مرة بترتيب بيانات الإدخال، واستخدام سجل التحول “SISO” هو العمل كجهاز تخزين بيانات مؤقت ولكنّ الاستخدام الرئيسي لـ “SISO” هو العمل كعنصر تأخير.
- “SISO” هي اختصار لـ “Serial in Serial out”.
ثانياً: المتسلسل بالتوازي خارج سجل التحول
يتم تقديم المدخلات في هذا السجل بالتسلسل ويتم جمع المخرجات بالتوازي، ويتم توصيل الإشارة الواضحة “CLR” بالإضافة إلى إشارة الساعة إلى جميع النتوءات الأربعة من أجل إعادة ضبطها، ويتم توصيل البيانات التسلسلية بـ “flip flops” في أي من الطرفين واعتماداً على سجل التحول الأيسر أو سجل التحول الأيمن، كما يتم توصيل ناتج أول “flip flops” بإدخال “flip flops” وما إلى ذلك وكل “flip flops” متصلة بساعة مشتركة.
وعلى عكس سجلات الإزاحة التسلسلية في الخارج يتم جمع ناتج سجل الإزاحة التسلسلي بالتوازي “SIPO” عند كل “flip flops”، وQ1 وQ2 وQ3 وQ4 هي مخرجات الوجه الأول والثاني والثالث والرابع على التوالي، والتطبيق الرئيسي لـ “Serial in Parallel out shift register” هو تحويل البيانات التسلسلية إلى بيانات متوازية ومن ثم يتم استخدامها في خطوط الاتصال، حيث يلزم فك تعدد إرسال خط البيانات إلى عدة خطوط متوازية.
ثالثاً: بالتوازي في سجل التحول في المسلسل
يتم تقديم الإدخال إلى هذا السجل بالتوازي أي يتم تقديم البيانات بشكل منفصل لكل “flip flops” ويتم جمع الإخراج في تسلسلي عند ناتج نهاية “flip flops”، كما يتم توصيل مدخلات الساعة مباشرة بجميع “flip flops” ولكن بيانات الإدخال متصلة بشكل فردي بكل “flip flops” من خلال “mux”،عوند إدخال كل “flip flops”، كما أنّ D1 وD2 وD3 وD4 هي المدخلات الفردية المتوازية لسجل التحول وفي هذا السجل يتم جمع المخرجات في المسلسل.
يتم توصيل ناتج “flip flops” السابق وإدخال البيانات المتوازي بإدخال “MUX” ويتم توصيل ناتج “MUX” بـ “flip flops” التالي، كما يقوم سجل الإزاحة المتوازي في المسلسل PISO بتحويل البيانات المتوازية إلى بيانات تسلسلية ومن ثم يتم استخدامها في خطوط الاتصال، حيث يتم مضاعفة عدد من خطوط البيانات في خط بيانات تسلسلي واحد.
رابعاً: بالتوازي في سجل التحول الموازي
في هذا السجل يتم إعطاء المدخلات بالتوازي ويتم أيضاً جمع المخرجات بشكل متوازٍ، وإشارة “CLR” الواضحة وإشارات الساعة متصلة بجميع النتوءات الأربعة، ويتم تقديم البيانات كمدخلات منفصلة لكل فليب وبنفس الطريقة يتم أيضاً جمع المخرجات بشكل فردي من كل “flip flops”، ويتم استخدام سجل التحول المتوازي الموازي للخارج “PIPO” كجهاز تخزين مؤقت وأيضاً كعنصر تأخير مشابه لسجل إزاحة “SISO”.
خامساً: عداد الحلقة
تم تصميمه عن طريق توصيل ناتج أول “flip flops” بإنتاجه التالي وناتج آخر “flip flops” متصل مرة أخرى بالأول كمدخل مثل مسار التغذية الراجعة لذلك يسمى هذا “عداد الحلقة“، ويتم توصيل أول “flip flops” بمدخلات عالية أي أنّ مدخلاته مضبوطة مسبقاً بالمنطق 1 وناتج “flip flops” الأول متصل بإدخال “flip flops” الثاني.
كما يتم إرجاع ناتج آخر “flip flops” كمدخل إلى أول “flip flops”، وعندما نطبق أول نبضة على مدار الساعة على الترتيب يتغير مدخل المرحلة الثانية إلى 1 ومدخلات الباقي هي 0، وبهذه الطريقة يتم تدوير الإدخال 1 حول الحلقة.
أنواع أخرى من السجلات
أولاً: سجل التحول ثنائي الاتجاه
إذا تم العمل على تحويل رقم ثنائي إلى اليسار بمقدار موضع واحد فإنّ هذه العملية تعادل ضرب الرقم الأصلي في 2، وبالمثل إذا تم إزاحة رقم ثنائي إلى اليمين في موضع واحد فإنّ هذه العملية تعادل قسمة الرقم الأصلي على 2.
ومن ثم من أجل إجراء هذه العمليات الحسابية يكون هناك حاجة إلى سجل تحول يمكنه تحويل البتات في أي اتجاه ويمكن تحقيق ذلك من خلال سجل التحول ثنائي الاتجاه، والمجموعة الكاملة من سجلات التحول هي سجلات التحول أحادية الاتجاه أي أنّها تنقل البيانات إلى اليمين فقط أو إلى اليسار فقط.
ويمكن تعريف سجل التحول ثنائي الاتجاه على أنّه السجل الذي يمكن فيه نقل البيانات إلى اليسار من اليمين، ويحتوي هذا السجل على مدخلات الوضع من أجل التحول الأيمن أو التحول الأيسر وإشارة الساعة وخطين من خطوط البيانات التسلسلية وأحدهما لكل من الإدخال والإخراج.
وسيتحكم إدخال الوضع في عمليات التحول إلى اليسار واليمين، وإذا كان إدخال الوضع مرتفعاً فسيتم نقل البيانات إلى اليمين، وبالمثل إذا كان إدخال الوضع منخفضاً فسيتم نقل البيانات إلى اليسار.
ثانياً: سجل التحول العالمي
سجل التحول العالمي: هو السجل الذي يمكن استخدامه لتحويل البيانات في كلا الاتجاهين مثل اليسار واليمين ويمكن تحميل البيانات المتوازية أيضاً
1- أنواع عمليات سجل التحول العالمي
- التحميل الموازي.
- التحول إلى اليسار.
- التحول لليمين.
2- أساسيات سجل التحول العالمي
كما أنّ سجل الإزاحة العالمي يمكنه تخزين البيانات بشكل متوازٍ ويمكنه نقل البيانات بشكل متوازٍ وبنفس الطريقة يمكن تخزين البيانات، ونقلها عن طريق المسار التسلسلي من خلال عمليات التحول إلى اليسار واليمين.
وسيقوم سجل الإزاحة العالمي بتحميل البيانات إمّا بشكل تسلسلي أو متوازي وسوف ينتج مخرجات كما يتم طلبها أي إمّا بالتسلسل أو المتوازي، ويطلق عليه “Universal Shift Register” حيث يمكن استخدامه في التحول الأيسر والتحول الأيمن والتسلسلي إلى التسلسلي والتسلسلي إلى المتوازي والموازي إلى التسلسلي والتوازي مع العمليات المتوازية.
