- •Схемотехника эвм
- •Часть 2
- •Содержание
- •8. Регистры
- •8.1. Назначение и классификация регистров
- •8.2. Регистры памяти
- •8.3. Буферы данных
- •8.4. Регистры сдвига
- •Кольцевые счетчики
- •9. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •9.1. Общие сведения
- •9.2. Мультиплексоры
- •9.3. Демультиплексоры
- •10. Шифраторы и дешифраторы
- •10.1. Шифраторы
- •10.2. Дешифраторы
- •11. Арифметические устройства
- •11.1. Сумматоры
- •Четвертьсумматор
- •Полусумматор
- •Полный одноразрядный двоичный сумматор
- •Сумматоры с последовательным переносом
- •11.2. Инкрементор
- •11.3. Вычитатели (субтракторы)
- •11.4. Компараторы
- •Основные характеристики компараторов
- •Компараторы аналоговых сигналов
- •Компараторы цифровых сигналов
- •Компаратор на базе сумматора
- •11.5. Арифметико-логические устройства
- •12. Импульсные устройства на имс
- •12.1. Формирователи импульсов
- •12.2. Схемы нормализации импульсов
- •12.3. Схемы укорачивания импульсов
- •12.4. Схемы задержки импульса
- •12.5. Одновибраторы
- •12.6. Генераторы тактовой частоты
- •13. Запоминающие устройства
- •13.1. Общие характеристики устройств
- •13.2. Запоминающие элементы постоянных зу
- •13.3. Оперативные запоминающие устройства
- •13.3.1. Динамические зу
- •13.3.2. Статические зу
- •14. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •14.1. Общие сведения
- •14.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •14.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •14.3.1. Характеристики и параметры ацп
- •14.3.2. Ацп последовательного счета
- •14.3.3. Параллельный ацп
- •14.3.4. Сигма-дельта ацп
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Приложение 1 Перечень стандартов
- •Основные стандарты ескд
- •Система технологической документации
- •Стандарты системы информационно-библиографической документации
- •Система стандартов по безопасности труда
- •Разработка и постановка продукции на производство
- •Система стандартов программной документации
- •Основополагающие стандарты гсп
- •Приложение 2
- •Цифровых устройств
Компаратор на базе сумматора
Построить компаратор можно на основе сумматора, выполнив в нем операцию вычитания А – В и проанализировав результат. Для этого на сумматор нужно число В подать в инверсном коде, число А в прямом, а на вход переноса cr сумматора подать единицу. Тогда выходной перенос CR будет равен нулю лишь в том случае, когда число А строго меньше В. Равенство суммы нулю будет признаком того, что А = В. Единица переноса при ненулевой сумме говорит о том, что А строго больше В.
Примеры:
А > В А = В А < В
Схема, реализующая описанный алгоритм, представлена на рис. 11.17.
Рис. 11.17. Схема компаратора на базе сумматора
Возможны и другие схемы построения компараторов, являющихся наиболее оптимальными в конкретных технических приложениях.
11.5. Арифметико-логические устройства
Арифметико-логическим устройством (АЛУ) называется функциональный узел ЭВМ, предназначенный для выполнения арифметических и логических операций по обработке двоичной информации. По сравнению с приборами, работающими по жесткой, наперед заданной программе, арифметико-логические устройства представляют собой устройства более высокого класса. В микропроцессорной технике АЛУ являются базовыми элементами. Они используются в сочетании с регистрами сдвига, ОЗУ и другими устройствами. АЛУ дороже простых микросхем, но благодаря универсальным свойствам применение их в аппаратуре во многих случаях оказывается оправданным.
Основой АЛУ служит сумматор, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности и обеспечивающей перестройку АЛУ с одной операции на другую, набором регистров и управляющим устройством. Упрощенно схема АЛУ представлена на рис. 11.18. АЛУ имеет входы операндов А и В, входы выбора операций (управляющие сигналы Si и М), вход переноса С. Выходами АЛУ являются результат операции над операндами Fi, сигнал переноса С4, дополнительные выходы образования и распространения ускоренного переноса.
Микросхемы АЛУ, принадлежащие к разным видам логик (ТТЛ – 155ИП3; КМОП – 564ИП3), функционально во многом совпадают, в том числе и по разводке выводов. На рис. 11.19 приведено условное изображение микросхемы АЛУ К155ИП3. Эта микросхема выполняет действия с четырехразрядными двоичными словами: А = А3А2А1А0 и В = В3В2В1В0. Вид операций задается пятиразрядным кодом установки значений на входах М и S3S2S1S0. Всего это АЛУ способно выполнить 32 операции (25 = 32). К ним относятся: 16 логических операций (И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ и др.) и 16 арифметических или арифметико-логических операций (сложение, вычитание, удвоение, сравнение и ряд других). Операции проводятся с ускоренным переносом. Микросхема имеет вход приема сигнала переноса С0 (активный сигнал низкого уровня).
На выходах F0, F1, F2, F3 формируются результаты арифметико-логических преобразований. На выходе С4 образуется сигнал старшего (пятого) разряда при выполнении арифметических операций (сигнал переноса). Дополни- тельные выходы – образование ускоренного переноса G и распространение ускоренного переноса Р – используются только при организации многоразрядных АЛУ в сочетании с микросхемами ускоренного переноса К155ИП4.
Слова А и В, подлежащие обработке, могут быть представлены как в положительной, так и в отрицательной логике. В [9, 15] приведены таблицы функциональной зависимости выходов микросхемы К155ИП3 от состояния входов. Таблицы истинности для каждого варианта логики различны.
Старший разряд кода выбора операции (М-вход) определяет характер действий, выполняемых АЛУ. Если М = 1 – АЛУ выполняет логические операции. Если М = 0 – выполняются арифметические и арифметико-логические операции.
Рассмотрим более подробно некоторые операции в положительной логике. При М = 1 выполняются логические функции. Если на входах S3S2S1S0 код 0000, то в этом случае выполняется логическая функция инвертирования операнда А – данные со входов А передаются на выходы F с инверсией.
Код 0001 – (А V В) с инверсией – поразрядная операция ИЛИ с инверсией над операндами А и В.
Код 0010 – операция И инвертированного операнда А и операнда В.
Код 0011 – нет операции – логический ноль.
Код 0100 – (А Х В) с инверсией – операция И с инверсией.
Код 0101 – инверсия операнда В.
Код 0110 – операция Исключающее ИЛИ.
Код 0111 – операция И над операндами А и инверсией В.
При М = 0 выполняются арифметические операции. Результаты арифметических операций выражены в дополнительном коде. Числа в дополнительном и обратном коде связаны соотношением Nдоп = Nобр + 1.
Код 0000 – передача на выход операнда А.
Код 0001 – А + В – операция суммирования без учета переноса.
Код 0010 – (А + ) – операция суммирования операндаА с инверсией операнда В без учета переноса.
Код 0011 – минус 1 (результат арифметической операции представлен в обратном коде).
Код 0100 – (А + А) – операция суммирования операнда А с конъюнкцией операнда А и инвертированного В.
Например, последнему рассмотренному коду МS3S2S1S0 = LLHLL (00100) для положительной логики отвечает операция А + А, где А – логическое умножение двух слов. Так, если А = 0010, В = 1101, то А = 0010 и, следовательно, 0010 + 0010 = 0100.
Режим компаратора обеспечивается при М = L и S3S2S1S0 = LHHL (0110). Когда числа А и В равны, на выходе А = В (вывод 14) формируется сигнал высокого уровня. Если числа не равны, то сигнал на выходе С4 характеризует соотношение между числами (в положительной логике табл. 11.7).
Таблица 11.7
-
Состояние входов
Состояние выхода С4
С0
А и В
Н
А < B
1
L
A < B
1
H
A > B
0
L
A > B
0
При операциях над словами большой размерности АЛУ соединяются друг с другом с организацией последовательных или параллельных переносов. При последовательном переносе выход С4 предыдущей микросхемы соединяют с входом С0 последующей. При организации параллельного переноса микросхемы 155ИП3 объединяют в сочетании с блоком ускоренного переноса 155ИП4 по схеме, представленной на рис. 11.20.
Рис. 11.20. Увеличение разрядности АЛУ применением
блока ускоренного переноса К155ИП4
Выходы С1, С2 и С3 блока ускоренного переноса – сигналы образования и распространения переноса с учетом переносов соответствующих АЛУ. Если при выполнении арифметических операций к быстродействию не предъявляется высоких требований, то при каскадировании АЛУ схемы ускоренного переноса не применяют.