37693

Что такое комбинационный сумматор и где сумматоры используются

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Параллельные многоразрядные сумматоры предназначены для одновременного суммирования двух многоразрядных чисел и характеризуются различными способами передачи сигналов переноса от младших разрядов сумматора к старшим. Принципы построения и работы сумматора вытекают из правил сложения двоичных цифр. Схема сумматора также является регулярной и широко используется в ЭВМ.1 Таблица истинности комбинационного полусумматора Входы Выходы i bi Si Pi 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Логические зависимости: 1.

Русский

2013-09-25

84.33 KB

35 чел.

  1.  Что такое комбинационный сумматор и где  сумматоры используются?

По времени подачи операндов:

  1.  комбинационные сумматоры - сумматоры на логических элементах, которые действительно каждый раз складывают слагаемые и бит переноса

Комбинационные сумматоры предназначены для выполнения арифметических операций сложения и вычитания над одноразрядными и многоразрядными числами (операндами). Многоразрядный сумматор состоит из одноразрядных, реализующих сложение одноразрядных чисел.

Комбинационные сумматоры благодаря высокому быстродействию применяют в различных устройствах обработки цифровой информации. В частности, на их основе строятся устройства перемножения чисел.

Параллельные многоразрядные сумматоры предназначены для одновременного суммирования двух многоразрядных чисел и характеризуются различными способами передачи сигналов переноса от младших разрядов сумматора к старшим.

Различают параллельные комбинационные сумматоры с последовательным, одновременным и комбинированным переносом. Выбор типа переноса между разрядами суммирующего устройства определяется требованиями к быстродействию.

Принципы построения и работы сумматора вытекают из правил сложения двоичных цифр. Схема сумматора также является регулярной и широко используется в ЭВМ. При сложении одноразрядных двоичных цифр можно выявить закономерности в построении и многоразрядных сумматоров.

Сначала рассмотрим сумматор, обеспечивающий сложение двух двоичных цифр а1 и b1, считая, что переносы из предыдущего разряда не поступают. Этой логике отвечает сложение младших разрядов двоичных чисел. Процесс сложения описывается таблицей истинности (табл. 1.1) и логическими зависимостями (1.2), где Si - функция одноразрядной суммы и рi - функция формирования переноса. Перенос формируется в том случае, когда а1 =1 и b1=1.

Таблица 1.1

Таблица истинности комбинационного полусумматора

Входы

Выходы

ai

bi

Si

Pi

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

 Логические зависимости:

(1.2)

Зависимости (1.2) соответствуют логике работы самого младшего разряда любого сумматора.

Рис.1.2. Структурная схема многоразрядного комбинационного сумматора

  1.  Приведите уравнения, описывающие работу сумматора.

  1.  В чём состоит отличие полусумматора от полного сумматора?

полусумматоры, характеризующиеся наличием двух входов, на которые подаются одноимённые разряды двух чисел, и двух выходов: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом — перенос в следующий (старший разряд);

полные сумматоры, характеризующиеся наличием трёх входов, на которые подаются одноимённые разряды двух складываемых чисел и перенос из предыдущего (более младшего) разряда, и двумя выходами: на одном реализуется арифметическая сумма в данном разряде, а на другом — перенос в следующий (более старший разряд). Такие сумматоры изначально ориентированы только на показательные позиционные системы счисления.

Полусумматор — логическая схема имеющая два входа и два выхода. Полусумматор используется для построения двоичных сумматоров. Полусумматор позволяет вычислять сумму A+B, где A и B — это разряды двоичного числа, при этом результатом будут два бита S,C, где S — это бит суммы, а C — бит переноса. Однако, как можно заметить, для построения схемы двоичного сумматора необходимо иметь элемент, который суммирует три бита A,B и C, где C — бит переноса из предыдущего разряда, таким элементом является полный двоичный сумматор, который как правило состоит из двух полусумматоров.

Полусумматор (рис. 3) имеет два входа a и b для двух слагаемых и два выхода: S — сумма, P — перенос. Обозначением полусумматора служат буквы HS (half sum — полусумма). Работу его отражает таблица истинности 2 (табл. 2), а соответствующие уравнения имеют вид:

(5)

Рис. 3

Таблица 2

a

b

P

S

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

Из уравнений (5) следует, что для реализации полусумматора требуется один элемент “исключающее ИЛИ” и один двухвходовый вентиль И (рис. 3б).

Полный одноразрядный двоичный сумматор

Он (рис. 4) имеет три входа: a, b — для двух слагаемых и p — для переноса из предыдущего (более младшего) разряда и два выхода: S — сумма, P — перенос в следующий (более старший) разряд. Обозначением полного двоичного сумматора служат буквы SM. Работу его отражает таблица истинности 3 (табл. 3).

Рис. 4

Таблица 3

№ наб.

a

b

p

P

S

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

2

0

1

0

0

1

3

0

1

1

1

0

4

1

0

0

0

1

5

1

0

1

1

0

6

1

1

0

1

0

7

1

1

1

1

1

Отметим два момента. Первый: в табл. 2 и 3 выходные сигналы P и S не случайно расположены именно в такой последовательности. Это подчеркивает, что PS рассматривается как двухразрядное двоичное число, например, 1 + 1 = 210 = 102 , то есть P = 1, а S = 0 или 1 + 1 + 1 = 310 = 112, то есть P = 1, а S = 1. Второй: выходные сигналы P и S полного двоичного сумматора относятся к классу самодвойственных функций алгебры логики. Самодвойственными называют функции, инвертирующие своё значение при инвертировании всех переменных, от которых они зависят. Обратите внимание, что P и S для четвертьсумматора и полусумматора не являются самодвойственными функциями!

Уравнения, описывающие работу полного двоичного сумматора, представленные в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ), имеют вид:

(6)

Уравнение для переноса может быть минимизировано:

P = ab + ap + bp.     (7)

При практическом проектированиии сумматора уравнения (6) и (7) могут быть преобразованы к виду, удобному для реализации на заданных логических элементах с некоторыми ограничениями (по числу логических входов и др.) и удовлетворяющему предъявляемым к сумматору требованиям по быстродействию.

Например, преобразуем уравнения (6) следующим образом:

(8)

Из выражений (8) следует, что полный двоичный сумматор может быть реализован на двух полусумматорах и одном двухвходовом элементе ИЛИ. Соответствующая схема приведена на рис. 5.

Рис. 5

Полусумматор — это логическая цепь, которая вырабатывает сигналы суммы (S) и переноса (С) при сложении двух двоичных чисел a и b.

Из таблицы получим:

S = a¬b + ¬ab
C = ab 

Приведем к виду, удобному для реализации на элементах «ИЛИ-НЕ» (производители интегральных микросхем обычно выпускают несколько логических элементов на одной микросхеме, в частности, широко используется элемент «ИЛИ-НЕ», содержащий в себе несколько элементов OR и несколько элементов NOT):

S = a¬b + ¬ab = ab + ¬a) + ba + ¬b) = ¬¬(ab + ¬a)) + ¬¬(ba + ¬b)) = ¬(¬a + ¬(¬b + ¬a)) + ¬(¬b + ¬(¬a + ¬b))
C = ab = ¬¬(ab) = ¬(¬a + ¬b)

a

b

S

C

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

Исходя из полученных формул, составим схему полусумматора:

Поскольку полусумматор имеет широкое применение и его выпускают в виде отдельной микросхемы, он имеет собственное обозначение:

Составляя дизъюнктивную нормальную форму для полусумматора, мы получили следующие булевы функции:

S = a  b
C = ab 

Следовательно, перенос происходит с помощью функции AND, а выработка сигнала суммы производится элементом XOR. На рисунке показана схема полусумматора, составленная из этих элементов.

Сумматор, в отличие от полусумматора должен воспринимать 3 входных сигнала: 2 слагаемых и сигнал переноса с предыдущего разряда. Сумматором называется операционный узел ЭВМ, выполняющий операцию арифметического сложения двух чисел. Чтобы понять сущность работы комбинационного сумматора, рассмотрим примеры суммирования двух одноразрядных двоичных чисел:

Из приведенных примеров (1–4) видно, что если отсутствует перенос из младшего разряда, то перенос в старший разряд может быть только в одном случае, когда оба числа равны единице. Если же имеется перенос из младшего разряда, то перенос в старший разряд будет всегда, кроме одного случая, когда оба слагаемых равны нулю.

Составим таблицу функционирования:

ai

bi

Ci

Si

Ci+1

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

Схема сумматора может быть реализована на двух полусумматорах, соединенных как указано на схеме. В этой схеме выделим промежуточные сигналы pi, gi, ri. Введем эти сигналы в новую таблицу функционирования. Соответствие работы этой схемы и таблицы функционирования можно проверить перебором всех возможных вариантов.

  1.  От чего зависит быстродействие сумматора?

Быстродействие сумматора при сложении двух n-разрядных чисел характеризуется временем суммирования, которое в наихудшем случае равно
tS=(n-1)tP+tiS
где tis, tP - задержки формирования одноразрядным сумматором суммы и переноса соответственно. Следовательно, сумматоры с последовательным переносом обладают низким быстродействием. С целью повышения быстродействия (сокращения времени сложения) применяются сумматоры с одновременным переносом.

Параллельный сумматор в простейшем случае представляет собой n одноразрядных сумматоров, последовательно (от младших разрядов к старшим) соединённых цепями переноса. Однако такая схема сумматора характеризуется сравнительно невысоким быстродействием, так как формирование сигналов суммы и переноса в каждом i-ом разряде производится лишь после того, как поступит сигнал переноса с (i-1)-го разряда.Таким образом, быстродействие сумматора определяется временем распространения сигнала по цепи переноса. Уменьшение этого времени — основная задача при построении параллельных сумматоров.

Для уменьшения времени распространения сигнала переноса применяют: конструктивные решения, когда используют в цепи переноса наиболее быстродействующие элементы; тщательно выполняют монтаж без длинных проводников и паразитных ёмкостных составляющих нагрузки и (наиболее часто) структурные методы ускорения прохождения сигнала переноса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6182. Создание и редактирование программ в интегрированной среде разработки Turbo Pascal 7.0 (MS-DOS) 63 KB
  Создание и редактирование программ в интегрированной среде разработки Turbo Pascal 7.0 (MS-DOS) Цель: Изучить теоретическую часть, изложенную в разделе Теоретические сведения данной работы и в конспекте лекций. Работая непосредственно ...
6183. Выполнение и отладка программ в интегрированной среде программирования Turbo Pascal (MS-Dos) 198.5 KB
  Выполнение и отладка программ в интегрированной среде программирования Turbo Pascal(MS-Dos) Цель лабораторной работы - выработать навыки практического использования интегрированных сред программирования с целью выполнения и отладки программ на...
6184. Дослідження цілих типів даних 86.5 KB
  Дослідження цілих типів даних Мета лабораторної роботи - дослідити та вивчити систему напередвизначених типів мов Паскаль та Сі, устрій значень напередвизначених типів та операції над значеннями цих типів. Теоретичні відомості Програмні об'єкти...
6185. Дослідження дійсних типів даних 62 KB
  Дослідження дійсних типів даних Теоретичні відомості Змінні дійсного типу можуть містити числа з дробовою частиною. Такі дані можуть бути представлені у двох формах: стандартної десятинній або експоненціальній. Зображення стандартної десятинної форм...
6186. Исследование арифметических операций и математических функций для работ из программными объектами 247.5 KB
  Составить схему алгоритма и написать программу вычисления функции при заданных значениях Алгоритм вычисления функций имеет линейную структуру.
6187. Розподільча логістика 117.5 KB
  Розподільча логістика План Поняття розподільчої логістики. Задачі розподільчої логістики. Логістичні канали та логістичні ланцюги. Розвиток інфраструктури товарних ринків. Ухвалення рішення з побудови системи розподілу...
6188. Дослідження бітових операцій над цілими значеннями 62 KB
  Дослідження бітових операцій над цілими значеннями Теоретичні відомості Бітові операції дозволяють обробляти цілі дані за допомогою операцій з їх бітовою структурою. Будь-які дані представляються у пам'яті комп'ютеру як ланцюг бітів. Біт...
6189. Определение моментов трения в подшипниках качения 55 KB
  Определение моментов трения в подшипниках качения Цель работы: определение моментов трения в шарикоподшипниках. Расчетные методы определения моментов трения в подшипниках качения Моменты трения Тп, Н.мм, в шарикоподшипниках с внут...
6190. Конструкційні матеріали. Конспект лекцій 766.5 KB
  Характерною особливістю будови атомів металів є мале число електронів на зовнішній орбіті і їх слабкий зв'язок з ядром. Легкість відриву валентних електронів від ядра вважається обумовлюючою всі основні властивості металів. У твердих тілах існують чотири типи зв'язків