Βασικές έννοιες

Στο σχήμα απεικονίζεται ένας καταχωρητής των 4 bits, ο οποίος αποτελείται από τέσσερα D flip-flops.

Παρατηρούμε ότι η είσοδος ρολογιού είναι κοινή για όλα τα D flip-flops, με αποτέλεσμα τα δεδομένα που βρίσκονται στις εισόδους D0, D1, D2,D3 (το D0 είναι το LSB και το D3 είναι το MSB της δυαδικής πληροφορίας που αποθηκεύεται στον καταχωρητή) να μεταφέρονται στα τέσσερα flip-flops του καταχωρητή ταυτόχρονα με το αρνητικό μέτωπο του ρολογιού. Οι τέσσερις έξοδοι Q0, Q1, Q2, Q3 των flip-flops, αποτελούν τις εξόδους του καταχωρητή, τις οποίες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να οδηγήσουμε κάποιο άλλο κύκλωμα. Η μεταφορά της πληροφορίας από τις εισόδους στον καταχωρητή ονομάζεται φόρτωση (loading) του καταχωρητή.

Η είσοδος ελέγχου του ρολογιού κατασκευάζεται με μια πύλη AND η οποία τοποθετείται στην πορεία του ρολογιού. Αν η είσοδος ελέγχου φόρτωσης είναι ″0″, τότε η έξοδος της AND θα είναι και αυτή ″0″, επομένως ανεξάρτητα από το αν υπάρχουν παλμοί στην είσοδο του ρολογιού, τα flip-flops δεν θα δέχονται παλμούς ρολογιού με αποτέλεσμα τα δεδομένα του καταχωρητή να μην αλλάζουν. Για να φορτωθούν καινούργια δεδομένα στον καταχωρητή η είσοδος ελέγχου φόρτωσης θα πρέπει να πάρει την τιμή ″1″, με αποτέλεσμα να περνούν οι παλμοί του ρολογιού στα flip-flops στα οποία θα αποθηκευθούν οι λογικές καταστάσεις που βρίσκονται στις εισόδους D με το αρνητικό μέτωπο του παλμού του ρολογιού. Για παράδειγμα, αν οι είσοδοι των flip-flops είναι D3=1, D2=0, D1=1 και D0=1, τότε οι έξοδοι των flip-flops γίνονται Q3=1, Q2=0, Q1=1 και Q0=1 (με το αρνητικό μέτωπο του ρολογιού), με αποτέλεσμα στον καταχωρητή να αποθηκευθεί η πληροφορία 1011.

Εκτός από τις σύγχρονες εισόδους του ρολογιού και των D εισόδων του καταχωρητή υπάρχουν συνήθως μία ή δύο ασύγχρονες είσοδοι προτοποθέτησης (PRESET) και μηδενισμού (CLR). Οι κύκλοι σ’ αυτές τις εισόδους σημαίνουν την ενεργοποίησή τους με την εφαρμογή της λογικής κατάστασης ″0″. Με την εφαρμογή λογικής κατάστασης ″0″ στην είσοδο προτοποθέτησης όλα τα flip-flops του καταχωρητή παίρνουν την λογική κατάσταση ″1″ ενώ όταν εφαρμοσθεί λογικής κατάστασης ″0″ στην είσοδο μηδενισμού όλα τα flip-flops του καταχωρητή παίρνουν την λογική κατάσταση ″0″. Η τοποθέτηση αυτών των καταστάσεων στα flip-flops του καταχωρητή γίνεται ανεξάρτητα από την ύπαρξη παλμών στην είσοδο του ρολογιού.
Αυτές οι είσοδοι συνήθως χρησιμοποιούνται όταν θέλουμε η αρχική κατάσταση των flip-flops του να είναι συγκεκριμένη και όχι τυχαία.

Οι καταχωρητές σε ολοκληρωμένα κυκλώματα υπάρχουν συνήθως στα μεγέθη των 4, 8, 12 ή 16 bits.