
【计】 ring register
【计】 ring type
【医】 ring form
register
【计】 R; RALU; register
【化】 memory; registor
在电子工程与计算机体系结构中,环形寄存器(Ring Register) 是一种特殊的移位寄存器结构,其数据存储单元以环形方式连接,使数据能够在闭合回路中循环移位。以下是其详细解释:
中文术语:环形寄存器
指由多个触发器串联构成,且末级输出反馈至首级输入的闭环移位寄存器。数据在时钟信号控制下沿固定方向(左移或右移)循环流动,形成“环形”数据路径 。
英文术语:Ring Register / Circular Shift Register
对应英文强调其"circular"特性,即数据位在移位操作中不会丢失,而是从寄存器末端重新进入首端,实现循环存储 。
循环移位机制
每输入一个时钟脉冲,寄存器内所有数据位同步移动一位,同时最后一位数据反馈至第一位。例如4位环形寄存器的状态变化:
初始状态:A B C D
→ 移位后:D A B C
→ 再次移位:C D A B
。
应用场景
类型 | 环形寄存器 | 约翰逊计数器 | 线性移位寄存器 |
---|---|---|---|
连接方式 | 末位直连首位 | 末位取反后连首位 | 无反馈或线性反馈 |
状态数 | N位 → N个有效状态 | N位 → 2N个有效状态 | 依赖反馈多项式 |
典型应用 | 顺序脉冲发生器 | 扭环计数器/分频器 | 数据暂存/序列加密 |
《计算机组成与设计:硬件/软件接口》(David A. Patterson, John L. Hennessy)详细描述了环形寄存器在控制单元设计中的实现逻辑 。
IEEE Std 100-2000 将环形寄存器定义为:"A shift register in which the output of the last stage is connected to the input of the first stage"(编号:IEEE 100, p. 980)。
《数字设计原理与实践》(John F. Wakerly)第8章分析了环形寄存器在时序电路中的优化应用案例 。
环形寄存器的移位行为可建模为:
$$ left[ b0^{(t+1)}, b1^{(t+1)}, dots, b{n-1}^{(t+1)} right] = left[ b{n-1}^{(t)}, b0^{(t)}, dots, b{n-2}^{(t)} right] $$
其中 $b_k^{(t)}$ 表示第 $k$ 位在时刻 $t$ 的值,$n$ 为寄存器位数 。
关于“环形寄存器”这一概念,目前公开的技术资料中并没有明确的标准化定义。根据计算机体系结构和数字电路领域的常见术语推测,其可能指以下两种技术方向:
1. 循环移位寄存器(Circular Shift Register) 这是移位寄存器的一种特殊工作模式,通过将输出端与输入端连接形成闭环。例如:一个4位移位寄存器在循环模式下,每次移位时最高位的值会被重新移入最低位。数学表达式可表示为: $$ Q{next} = (Q gg 1) | (Q{n-1} ll (n-1)) $$ 这种结构常用于实现循环冗余校验(CRC)、数据加密等需要周期性位移的场景。
2. 环形缓冲寄存器组 由多个寄存器构成首尾相连的存储结构,配合读写指针实现先进先出(FIFO)队列。当写指针到达末尾时自动跳转至起始地址,这种硬件实现方式在DSP芯片中用于音频采样缓存等实时数据处理场景。
需要说明的是,该术语并非计算机体系结构的标准术语,具体含义需结合上下文判断。建议确认具体应用场景或查阅相关芯片手册获取准确定义。
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