Universal Shift Register là một loại thanh ghi dịch chuyển đa năng, cho phép dịch chuyển dữ liệu sang cả trái và phải, đồng thời có khả năng nạp dữ liệu song song. Universal shift register được sử dụng như các phần tử bộ nhớ trong máy tính. Khác với thanh ghi dịch chuyển đơn hướng chỉ dịch chuyển theo một hướng, thanh ghi hai hướng có thể dịch chuyển theo cả hai hướng. Universal shift register là sự kết hợp giữa thanh ghi dịch chuyển hai hướng và đơn hướng, tích hợp thêm chức năng nạp song song.
Universal shift register là một mạch kỹ thuật số đa năng, cung cấp khả năng dịch trái hoặc dịch phải dữ liệu, bên cạnh việc nạp dữ liệu song song. Nó có thể thực hiện nhiều thao tác như nhập và xuất dữ liệu nối tiếp và song song. Universal shift register được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống kỹ thuật số khác nhau. Thuật ngữ “universal” (đa năng) chỉ khả năng thực hiện nhiều thao tác, bao gồm giữ dữ liệu tĩnh cùng với dịch chuyển theo cả hai hướng. Thông thường, universal shift register được thiết kế bằng cách sử dụng IC kỹ thuật số như 74291 và 74395 để đạt được chức năng đầy đủ trong mạch kỹ thuật số.
Một universal shift register hoạt động theo một trong ba chế độ, tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển. Nếu tín hiệu điều khiển “Dịch Trái” được kích hoạt, dữ liệu sẽ dịch chuyển một vị trí sang trái, bit ngoài cùng bên trái sẽ bị mất và bit ngoài cùng bên phải được thay thế từ đầu vào nối tiếp. Trong chế độ “Dịch Phải”, dữ liệu di chuyển sang phải, bit ngoài cùng bên phải bị mất và bit ngoài cùng bên trái được nạp từ đầu vào nối tiếp. Chế độ “Nạp Song Song” cho phép nạp đồng thời dữ liệu từ tất cả các đường vào. Nếu không có tín hiệu điều khiển nào được kích hoạt, thanh ghi sẽ giữ nguyên dữ liệu hiện tại. Về mặt cấu tạo bên trong, giao diện bên ngoài được triển khai bằng cách sử dụng bộ ghép kênh và flip-flop: các bit được giữ bởi flip-flop, trong khi bộ ghép kênh hoạt động như nguồn đầu vào cho mỗi thao tác.
Universal shift register n-bit bao gồm n flip-flop và n bộ ghép kênh 4×1. Tất cả n bộ ghép kênh chia sẻ cùng các đường chọn (S1 và S0) để chọn chế độ hoạt động của thanh ghi dịch chuyển. Các đầu vào chọn lựa chọn đầu vào phù hợp cho các flip-flop.
Sơ đồ nguyên lý Universal Shift Register
Các kết nối cơ bản bao gồm: đầu vào thứ nhất (chân số 0 của bộ ghép kênh) được kết nối với chân đầu ra của flip-flop tương ứng; đầu vào thứ hai (chân số 1) được kết nối với đầu ra của flip-flop liền trước, tạo điều kiện cho dịch phải; đầu vào thứ ba (chân số 2) được kết nối với đầu ra của flip-flop liền sau, tạo điều kiện cho dịch trái; đầu vào thứ tư (chân số 3) được kết nối với các bit riêng lẻ của dữ liệu đầu vào, tạo điều kiện cho việc nạp song song.
Hoạt động của Universal shift register phụ thuộc vào đầu vào của các đường chọn. Các hoạt động của thanh ghi được thực hiện cho các đầu vào khác nhau của đường chọn như sau: S1=0 và S0=0, không có thay đổi; S1=0 và S0=1, dịch phải; S1=1 và S0=0, dịch trái; S1=1 và S0=1, nạp song song.
Ưu điểm của Universal shift register bao gồm: đa chức năng (dịch trái, dịch phải, nạp song song và giữ tĩnh), tính linh hoạt (sử dụng trong nhiều hệ thống kỹ thuật số khác nhau) và hiệu quả (giảm phần cứng để thao tác dữ liệu). Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm như: phức tạp và đắt hơn so với thanh ghi dịch chuyển đơn giản, hoạt động chậm hơn do logic điều khiển bổ sung và chi phí cao hơn do các chức năng bổ sung.
Ứng dụng của Universal shift register rất đa dạng, bao gồm: tuần tự hóa/giải tuần tự hóa dữ liệu (chuyển đổi dữ liệu từ dạng song song sang nối tiếp và ngược lại), xử lý tín hiệu số, mạch trễ, bộ chia tần số, bộ đếm và bộ định thời. Universal shift register là một khối cơ bản quan trọng trong điện tử kỹ thuật số, cho phép tính linh hoạt và đa năng trong việc thao tác dữ liệu. Khả năng cung cấp nhiều chức năng như dịch chuyển và nạp song song khiến nó trở nên hữu ích cho nhiều ứng dụng như lưu trữ, hệ thống truyền thông và xử lý tín hiệu.
