شمارنده حلقوی

شمارنده حلقوی ( به انگلیسی: Ring Counter ) نوعی از شمارنده محسوب می شود که با استفاده از رجیسترهای حلقوی ایجاد می شود. در این شمارنده، خروجی شیفت رجیستر آخر به عنوان ورودی اولین رجیستر در نظر گرفته می شود. در شمارنده های حلقوی دو مدل متفاوت می توان دید:
• شمارنده حلقوی معمولی یا ( over beck ) که خروجی رجیستر آخر به صورت ورودی به رجیستر اول داده می شود ( که می تواند ۱ یا ۰ باشد ) واین چرخه در حلقه ادامه پیدا می کند. به طور مثال یک شمارنده چهاربیتی از این مدل در نظر بگیرید که به صورت one - hot ( شمارنده ای که یکی از رجیسترهای آن ۱ و بقیه آن ۰ است ) تنظیم شده است.
مقدار دهی اولیه این شمارنده با ۱۰۰۰ است. پس بر اساس کار این شمارنده، الگوی زیر را خواهیم داشت:
۱۰۰۰٬۰۱۰۰٬۰۰۱۰٬۰۰۰۱٬۱۰۰۰, ….
فقط به این نکته نوجه نمایید که یکی از این رجیسترها در این شمارنده با مقدار ۱ باید پر شود تا این شمارنده صحیح عمل نماید.
• شمارنده حلقوی به پیچیده ( Twisted Ring Counter )
این شمارنده، شمارنده Johnson یا Mobius نیز نامیده می شود. در این شمارنده همانند شمارنده حلقوی معمولی عمل می نماید، اما به جای اعمال خروجی آخر به رجیستر اول، مکمل آن وارد می شود، در این مدل شمارنده صفرها یا یک ها در حال چرخش در رجیسترها هستند.
به طور مثال، یک شمارنده چهار بیتی را در نظر بگیرید که با ۰۰۰۰ مقدار دهی اولیه شده است، الگویی که در هنگام کار این شمارنده ایجاد خواهد شد به شکل زیر است:
۰۰۰۰٬۱۰۰۰٬۱۱۰۰٬۱۱۱۰٬۱۱۱۱٬۰۱۱۱٬۰۰۱۱٬۰۰۰۱٬۰۰۰۰, …. .
سلسله مراتبی یک شمارنده حلقوی چهاربیتی و شکل مدار منطقی آن در شکل نمایش داده شده:
شمارنده های حلقوی در طراحی های منطقی سخت افزاری همانند ( ASIC , FPGA ) جهت ایجاد یک ماشین وضعیت محدود به کار می روند.
یک شمارنده باینری نیاز به یک شمارنده دارد که نسبت به یک شمارنده حلقوی از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. از دیگر معایب یک شمارنده معمولی در تأخیر ایجاد شده توسط آن می باشد که نسبت به تعداد بیتهای شمارنده افزایش می یابد در حالی که این موضوع در شمارنده حلقوی یک تأخیر ثابت دارد و وابستگی به تعداد بیتهای شمارنده ندارد ( این تأخیر همان زمان انتقال یک رجیستر به رجیستر بعدی است ) . ترکیب پیچیده منطقی که در یک شمارنده معمولی وجود دارد باعث ایجاد خطاهای زمانی و در نتیجه بهره وری سخت افزاری نامنظم خواهد شد. در شمارنده های حلقوی در هنگام بروز پدیده مغناطیسی و نویز ( Single Bit Upset ) که در محیطهای پر از نویز احتمال آن زیاد است امکان تشخیص آن را دارد. اما از معایب شمارنده های حلقوی می توان به کم بودن چگالی کدها اشاره کرد. یک شمارنده باینری که شامل N بیت است، می تواند 2^N حالت را نمایش دهد در حالی که در شمارنده حلقوی در مدل معمولی آن فقط N حالت و در مدل جانسون، 2N وضعیت را می توان نمایش داد که در طراحی سخت افزاری و هزینه آن بسیار تأثیرگذار خواهد بود، چرا که طراحی و پیاده سازی رجیسترها نسبت به مدارات ترکیبی گرانتر تمام می شود. این مقاله بر گرفته شده از مقاله ای از سایت ویکپدیا می باشد. [ ۱]