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

33 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

68591. ИМПЛИЦИТНАЯ МОДЕЛЬ ЛИЧНОСТИ ОДАРЕННОГО УЧЕНИКА У ПЕДАГОГОВ ГУМАНИТАРНЫХ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН 101 KB
  В статье излагаются результаты моделирования имплицитных теорий личности ИТЛ одаренных школьников существующих в сознании педагогов. Теперь педагог является не только источником знаний но и человеком который организует и направляет образовательный процесс в рамках которого осуществляется...
68592. СТРУКТУРА И ТИПОЛОГИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНИЦИАТИВЫ СТУДЕНТОВ 77 KB
  В статье анализируется структура и типология интеллектуальной инициативы студентов. Креативный тип интеллектуальной инициативы обусловлен на доминантном уровне общими умственными способностями на субдоминантном ценностями и смыслами самоактуализации.
68593. ФОРМИРОВАНИЕ ТЕКСТОВОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ СТУДЕНТОВ 63.5 KB
  В статье рассматривается понятие текстовой компетентности ее роль место и пути формирования в структуре иноязычной подготовки будущих экономистов. Подчеркивается что формирование текстовой компетентности как особого уровня владения иностранным языком возможно...
68594. СПОСОБЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИСХОДОВ СОЦИАЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 36.86 KB
  Психология как наука на протяжении своего существования решает одну из важнейших прикладных задач прогнозирование реакций намерений поведения людей прогностика как научно-практическое направление изучает законы и способы прогнозирования в различных отраслях жизнедеятельности человека.
68595. ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ВЫГОРАНИЕ: МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ 118 KB
  В работе впервые изучены особенности профессионального выгорания в повседневной деятельности связанной с экстремальными условиями ее реализации на примере работников офицерского состава министерства по чрезвычайным ситуациям МЧС. Результаты проведенного исследования позволят администрации...
68596. ИМПУЛЬСИВНОСТЬ/РЕФЛЕКТИВНОСТЬ: К ПРОБЛЕМЕ ЭФФЕКТА МОБИЛЬНОСТИ КОГНИТИВНЫХ СТИЛЕЙ СТУДЕНТОВ 73.5 KB
  Установлено что одним из факторов вызывающим эффект мобильности импульсивности рефлективности молодых людей выступает когнитивный стиль преподавателя с которым они в данный момент находятся в ситуации учебного взаимодействия. Впервые термин когнитивный стиль появился...
68598. Программирование рекурсивных алгоритмов 38.5 KB
  Если функция вызывает себя в стеке создается копия значений ее параметров как и при вызове обычной функции после чего управление передается первому исполняемому оператору функции. При завершении функции соответствующая часть стека освобождается и управление передается вызывающей функции выполнение...
68599. Исследование способов работы с функциями 60.5 KB
  В данной функции значения переменных x и y являющихся формальными параметрами меняются местами но поскольку эти переменные существуют только внутри функции chnge значения фактических...