Skiftregister

Inden for digital elektronik er et skiftregister et register, det vil sige et sæt synkrone flip - flops , hvis flip-flops er forbundet en efter en, med undtagelse af to flip-flops, som ikke nødvendigvis er forbundet. Ved hver clock cyklus , at antallet er repræsenteret ved disse flip-flops er opdateret. Begrebet skift gør det muligt at indsætte data i registret eller at læse det bit for bit i serie .

Et register gør det muligt at gemme elementære data eller en hukommelsesadresse , hvorpå den centrale enhed kan udføre beregninger eller behandling.

Typer

Der findes forskellige typer skiftregister:

• SISO ( S erial I n - S erial O ut ): ved hver urcyklus kan man kun skrive i en rocker (når to rockere ikke er forbundet mellem dem, er det den, hvis input ikke er forbundet til en anden rocker), og man kan kun læse en anden (når to rockere ikke er forbundet sammen, er det den, hvis output ikke er forbundet til en anden rocker)
• SIPO ( S erial I n - P arallel O ut ): ved hver urcyklus kan man kun skrive i en rocker (når to rockere ikke er forbundet mellem dem, er det den, hvis input ikke er forbundet til en anden rocker), men vi kan læse værdierne for alle rockerne
• PISO ( P arallel I n - S erial O ut ): ved hver urcyklus kan værdien af ​​alle flip-flops tvinges, men kun en kan læses (når to flip-flops ikke er forbundet til hinanden, er det er den, hvis output ikke er forbundet til en anden rocker)
• PIPO ( P arallel I n - P arallel O ut ): ved hver urcyklus kan vi tvinge værdien af ​​alle flip-flops, og vi kan læse dem alle

Det reversible skiftregister er et skiftregister, hvor skiftet foretages til højre eller til venstre i henhold til det logiske niveau anvendt på "Skift retning" -indgangen.

Eksempler på applikationer

• SISO: De oplysninger, som man ønsker at introducere i registret, præsenteres ved indgangen til den første rocker. Under en urpuls introduceres informationsbiten i registret, og alle andre bits forskydes. Den bit, der blev gemt i den sidste flip-flop, går tabt, hvis den ikke er gemt eller genindført i strukturen på en eller anden måde. SISO-registre bruges til at realisere digitale forsinkelseslinjer  (en) . Forsinkelsen mellem indtastning af information i registret og dets udgang afhænger af antallet af flip-flops og urfrekvensen.

• PIPO: Ved at flytte alle bitene i et binært tal til højre eller til venstre dividerer eller multiplicerer vi tallet med 2. Et PIPO-register kan derfor bruges til at udføre beregninger (multiplikation eller division med en styrke på 2). Det er tilstrækkeligt at betjene det passende antal skift til venstre eller til højre mellem det øjeblik, hvor bitene introduceres i registret, og det øjeblik, hvor de genvindes.

• PISO og SIPO: Disse to typer registre bruges i serielle links; de danner grundlaget for UART'er og modemer . Forestil dig, at vi ønsker at overføre information mellem to computere, der har et par meter eller et snesevis af meter fra hinanden. Transmission af information i "parallel" form ville kræve mindst 9 ledninger (8 til 8 bit, en til jord), medregnet ikke de ekstra ledninger til dialog mellem computere. Det er enklere at bruge et PISO-register til at sende de bits, der udgør hver byte, som det ønskes at transmittere i en serie på 8 bit, der vises efter hinanden på en enkelt linje. I slutningen af ​​linjen modtager et SIPO-register de bits, der ankommer i køen og rekonstruerer bytes, der transmitteres til destinationscomputeren.

• Reversible SISO-registre: For eksempel gør de det muligt at oprette det, der kaldes LIFO ( Last In, First Out ) stakke : bitene indlæses i registeret; så vender vi retningen på skiftet. Bitene vises ved udgangen af ​​den første flip-flop i omvendt rækkefølge af deres indgang.

Skiftregister med lineær feedback

Et LFSR eller Linear Feedback Shift Register er en variant med en logisk eller aritmetisk enhed. Bit (erne) ved udgangen af ​​registret gennemgår en række operationer og transformationer, der skal genindsættes i registret. Denne type register anvendes kryptografi til hardware implementeringer af visse stream kryptering algoritmer . De findes også i visse mikroprocessorer dedikeret til signalbehandling ( DSP ), især til filtrering. Denne type kredsløb bruges også i testfasen af ​​integrerede kredsløb ved at tillade automatisk generering af indgange (testvektorer).

De bitstrenge produceret af et lineært feedback skifteregister er lineær tilbagevendende strenge over finit felt med to elementer F 2 . De er nødvendigvis periodiske fra en bestemt rang. Denne periode har en maksimal længde på 2 n -1, hvor n er størrelsen på registret. Længden nås, hvis det karakteristiske polynom af matrixen for den lineære tilbagevendende sekvens er et primitivt polynom . Imidlertid er de første 2 n bits i denne sekvens tilstrækkelige til fuldt ud at bestemme indretningen, det vil sige feedbackfunktionen ( n bits) og en initialisering af registret ( også n bit), og de kan opnås ved en n- kvadratisk kompleksitetsalgoritme , Berlekamp-Massey-algoritmen  (en) .

brug

• stream kryptering i kryptologi
• opdeling med en styrke på to (skift til venstre eller højre)
• buffere til modtagelse af data (FIFO: første ind - først ud )
• tæller, timer