Тема 2.2 Мультиплексоры, сумматоры

Цель: изучение использование Мультиплексоров, сумматоров в современной ЭВМ.

План:

1. Общее мультиплексорах, сумматорах и их назначение

2. диодный дешифратор

3. дешифратор на логических схемах

4. шифраторы и их назначение

Мультиплексоры

Мультиплексором – называется, функциональны узел, обеспечивающий передачу информации, поступающую по нескольким входным линиям связи, на одну выходную линию.

Мультиплексоры представляют собой коммутационную схему, передающую под управлением адресного управляющего слова одну из 2^m входных информационных линий на одну общую выходную линию. В определенный момент времени в выходу может быть подключена только одна входная линия, указываемая адресным словом. Мультиплексоры в интегральном исполнении обычно малоразрядные. Их адресное управляющее слово – двоичное. Для удобства работы двоичный код адресного слова соответствует номеру подключаемой на выход линии. Если мультиплексор многоразрядный, то он снабжается одним общим адресным словом. Такой мультиплексор удобен для коммутации многоразрядных слов, передаваемых по нескольким параллельным разрядным линиям связи.

Формально мультиплексор состоит из:

-дешифратора адресного слова

- многовходовой схемы 2И-nИЛИ-НЕ. (где n- число входов)

0 1 2 3	M S
1 2

0

1

2

3

Х₀

Х₁

Mультиплексор — устройство, имеющее несколько сигнальных входов, один или более управляющих входов и один выход. Мультиплексор позволяет передать сигнал с одного из входов на выход; при этом выбор желаемого входа осуществляется подачей соответствующей комбинации управляющих сигналов.

Аналоговые и цифровые мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень ('0' или '1') с выбранного входа. Мультиплексоры сокращённо обозначаются как MUX (от англ. multiplexer), а также MS (от англ. multiplexer selector).

Обобщенная схема мультиплексора

Рис. 1: Обобщенная схема мультиплексора.

Обобщенная схема мультиплексора приведена на рис. 1. Мультиплексор MUX в общем случае можно представить в виде коммутатора, управляемого входной логической схемой. В качестве этой схемы обычно используется дешифратор. Входные логические сигналы X_i поступают на входы коммутатора и через коммутатор передаются на выход Y. Управление коммутатором осуществляется входной логической схемой. В цифровых мультиплексорах логические элементы коммутатора и дешифратора обычно объединяются. На вход логической схемы подаются адресные сигналы A_k (от англ. Address). Мультиплексоры могут иметь дополнительный управляющий вход E (от англ. Enable), который может разрешать или запрещать прохождение входного сигнала на выход Y. Кроме этого, некоторые мультиплексоры могут иметь выход с тремя состояниями: два логических состояния 0 и 1, и третье состояние — отключённый выход (выходное сопротивление равно бесконечности). Перевод мультиплексора в третье состояние производится снятием управляющего сигнала OE (от англ. Output Enable).

Селективные свойства мультиплексоров создают возможность организации на их основе сетей передачи информации m x n где: m- количество источников одновременно подключаемых к n получателям.

В качестве адресных слов в сетях служат адреса (номера) входных регистров получателей куда следует передавать информацию. Дополнительно сеть содержит блок приоритетного обслуживания запросов на передачу информации, необходимой для предотвращения одновременного подключения нескольких источников к одному получателю. Этот же блок организует последовательное обслуживание нескольких запросов к одному получателю по раннее установленному приоритету.

Мультиплексор может служить базисом для построения функциональных узлов любой сложности, содержащихся, в частности и коммутационные связи. Чем больше число входов у базисных мультиплексоров, тем короче цепочка последовательных связей и тем меньше будет временная задержка определения функций.

Сумматоры и вычитатели

Сумматорами называют узлы которые выполняют сложение двоичных чисел в различных кодах.

Как сумматоры, так и вычитатели предназначены для выполнения основных арифметических операций – сложения и вычитания. Имея на входе дополнительные средства для изменения знака второго аргумента, сумматор может прибавлять к первому слагаемому второе с измененным знаком, т.е. вычитать, а вычитатель – вычитать из уменьшаемого вычитаемое с измененным знаком, т.е. прибавлять. Таким образом в арифметическо - логических устройствах (АЛУ) в большинстве случаев используется только один из двух рассматриваемых узлов. Традиционно это сумматор, хотя по всем показателям вычитатель не уступает сумматору.

Сумматоры подразделяются на:

• параллельные

• последовательные

• одноразрядные

• многоразрядные

• комбинационные

• накапливающие

• двоичные

• двоично-десятичные

Операции сложения и вычитания бывают последовательные и параллельные.

Под последовательностью понимается поочередное (заряд за зарядом) сложение или вычитание на одноразрядной схеме с задержкой переносов \займов для использования их как третьих аргументов в следующем такте, т.е. разряде. См рис

Последовательное сложение / вычитание многотактное, требует сложной общей организации динамического хранения аргументов и результата, поэтому в арифметическо - логических устройствах подобная организация практически не применяется.

При параллельных сложениях и вычитаниях используется n-одноразрядных сумматоров/ вычитателей (по числу разрядов) взаимодействующих между собой по цепям переносов\займов.

В зависимости от разрядности суммирующихся чисел они подразделяются на одно и многоразрядные.

Одноразрядный сумматор суммирует только один разряд двоичных чисел. При сложении двух цифр может возникнуть перенос в старший разряд. В результате в следующем разряде появиться необходимость суммировать три цифры 2 цифры данного разряда и одну цифру переноса из старшего разряда. Поэтому одноразрядные сумматоры могут иметь два полусумматора и сумматор входа.

По способу организации процесса суммирования и принципа построения различают сумматоры комбинационные и накапливающие.

В сумматоре комбинационного типа значение суммы и переноса образуется при одновременном поступлении слагаемых. Функциональная схема сумматора данного типа создается на основных логических элементах «И» , «ИЛИ», «НЕ». В сумматоре накапливающего типа слагаемые поступают одно за другим с интервалом равным, периоду повторения тактовых импульсов.