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

37 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

73668. Група режимів роботи ВПМ 508 KB
  З причини того, що вантажопідйомні машини повязані з підйомом і переміщенням вантажів, вони вимагають особливої уваги при проектуванні і ретельного контролю за виготовленням і експлуатацією
73669. Гнучкі елементи вантажопідйомних машин 259.5 KB
  Неметалеві канати. Металеві дротяні канати Якщо ці елементи є складовою частиною механізму підйому то вони називаються вантажними якщо вони використовуються для переміщення вантажів то вони називаються тяговими якщо вони використовуються для обвязування вантажу що транспортується то їх називають чалочними. Пластинчасті ланцюги застосовуються головним чином в гарячих і хімічних цехах де дротяні канати швидко окислюються і виходять з ладу.
73670. Блоки і поліспасти у ВПМ 259 KB
  Якщо нерухомий блок служить тільки для зміни напряму гнучкого елементу то рухомий блок служить як для виграшу в силі так і швидкості. Гнучкі елементи вживані в ВПМ не є абсолютно гнучкими тілами а володіють певною жорсткістю яка виражається у тому що набігаюча гілка гнучкого елементу не відразу укладається на блоці а збігаюча гілка не відразу випрямляється на що потрібна витрата додаткового зусилля. У реальних умови з урахуванням цих втрат або тут Gгр вага вантажу що розуміється...
73671. Деталі для навівки і звивання гнучких елементів 440.5 KB
  Барабани для багатошарової навівки каната застосовуються у виняткових випадках при вельми великих довжинах навиваного каната коли при одношаровій навівки потрібен надзвичайно великі розміри барабана. У гладких барабанах завжди є бурти. Нижній шар каната при багатошаровій навівки стикається з циліндровою поверхнею барабана по лінії унаслідок чого виникають високі контактні напруги...
73672. Механізми вантажопідйомних машин 338.5 KB
  Залежно від типу вантажопідйомної машини її призначення можуть бути різні комбінації механізмів основним з яких є механізм підйому. Механізми підйому ГПМ Механізми підйому служать для вертикального переміщення вантажів. Залежно від типу приводу розрізняють механізми підйому з ручним і машинним приводом будівельна лебідка мал.
73673. Механізми пересування 351.5 KB
  У вантажопідйомних машинах загального призначення механізми пересування по конструктивній ознаці розрізняють: а механізми пересування з ручним приводом б механізми пересування з машинним приводом електричний і ДВС. По конструкції опорноходової частини механізми пересування підрозділяються: а на рейкові б на без рейкові. За принципом роботи механізми пересування підрозділяються на дві принципові схеми: а механізми у яких переміщення здійснюється за рахунок сил зчеплення приводних ходових коліс з рейкою або грунтом б механізми у...
73674. Вимоги до антен по параметрах електромагнітної сумісності 370 KB
  Вимоги до антен по параметрах електромагнітної сумісності Розвиток супутникових систем звязку супроводжується зростаючим завантаженням діапазонів радіочастот. Передумови для рішення проблеми ЭМС створюють відомі просторова й частотна вибірковості антен. При аналізі діаграми спрямованості апертурних антен широко застосовуваних у супутниковому...
73675. Розрахунок механізму пересування з тяговим елементом 242 KB
  Ходові колеса кранів і рейки У вантажопідйомних машинах загального призначення залежно від типу машини призначення а також величини навантаження і швидкості пересування ходові колеса виготовляються сталевими і чавунними з циліндровим і конічним ободом. Як рейки у вантажопідйомних машинах застосовується квадратна або смугова сталь а також залізничні рейки
73676. Механізми повороту 471.5 KB
  Конструкція механізмів повороту визначається призначенням і конструкцією вантажопідйомної машини умовами експлуатації діючими навантаженнями і іншими особливостями крана. У вантажопідйомних машинах залежно від конструктивного виконання механізму повороту крана можуть бути дві принципово відмінні схеми приводу механізму повороту. По першій схемі прівод механізму повороту розташовується на неповоротній частині вантажопідйомної машини мал.