Суматори

Суматором називається вузол ЕОМ, що виконує мікрооперацію арифметичного сумування кодів чисел. Розрізняють комбінаційні і накопичуючі суматори.

Комбінаційні суматор реалізує мікрооперацію додавання S:=A+B. Накопичуючий суматор має в своєму складі пам’ять, в якій акумулують результат мікрооперацій сумування S_в=S+A, тобто до вмісту суматора додається наступний доданок і результат залишається в памяті, замінює собою старе вміщующе.

При додаванні двох чисел в кожному розряді виконується сумування трьох цифр: цифр данного розряду першого і другого доданку і цифри переносу (0 або 1) із сусідноьго молодшого розряду. В результаті додавання для кожного розряду отримують цифру сумми і переносу (0 або 1) в наступний розряд. Пееретворивши за допомогою правил булевої алгебри вирази для цифр суми та переносу, можна отримати різні співвідношення, котрим будуть відповідати варіанти побудови схем суматора. Існуюча різноманітність суматорів класифікують по різних признаках.

По числі входів розрізняють суматоро (два входи), однорозрядні суматори (три входи) і різноманітні суматори. В залежності від опрацювання даних багаторозрядні суматори поділяються на послідовні, паралельні і паралельно-послідовні суматори.

По способу організації міжрозрядних переносів паралельні суматори поділяються на схеми з послідовним, паралельним і груповим переносом.

По способутактуванна розрізняють сихнхроні і асихнхроні суматори. В залежності від системи числення існують двійкові двійково-десяткові і інші суматори.

Найпростіший способ побудови n-розрядного суматора – це послі довне підклучення n однорозрядних суматорів. Вихід переносу кожного розряду в такому суматорі під’єднаний по ходу переносу сусідньго старшого розряду. Враховуючи, що суматори будуються на однорозрядних суматорах, головна задача розробників таких схем є мінімізація затримки тракта: вхід переносу однорозрядного суматора - вхід переносу при одночасній мінімізації апаратурних затрат. Схема, побудована на елементах НІ, І , АБО для реалізації функій суми S і переносу P, виходячи з цілком ДНФ, складеною за таблицею істинності однорозрядного суматора, є неоптимальною (затримка рівна 2 г). Більш вдалою реалізацією є суматор, побудований на елементах І-АБО-НІ і виконуючий функції

, .

Схеми, реалізовані за цими виразами, використані в інтегральних мікросхемах КІ55ИМІ, МІ55ИМ2, МІ55ИМ3. Склад двох останніх схем половину розрядів введені необхідні інвертори, тому всі входи і виходи мікросхем КІ55ИМ2 і КІ55ИМ3 – прямі без інверсій. Існують також суматори на елементах І-НІ та інші варіанти побудови суматорів.

Для зменшення затримки використовують принцип паралельного переноса, коли вхідний перенос формулюють як функцію доданків і вхідного переноса попередніх суматора. Для всіх розрядів сигнали переноса формуються паралельно. При цьому виділяють додаткові функції: функцію генерації переноса (яка дорівнює 1, коли доданок даного розрядуформулює перенос) і функцію розповсюдження переносу(вона рівна одиниці, коли доданок даного розряду такі, що припереносі одиниці в данний розряд перенос всусидній старший розряд також дорівнює одиниці). Але діапазон розрядності, в умовах якого суматор зпаралельним переноом ефективен невелик. Розрядність реально виконуючих суматорів з паралельним переносом зврху обмежується максимальним числом входів елементів і рідко перевищує вісьми. Паралельний перенос має 4-розрядний суматор КІ55ИМ6,затримка якого приблино в двіче менша 4-розрядного суматора КІ55ИМ3 зпослідовними переносами.

---

Для прискорення переноса всуматорах з великим числом розрядів приміняють принцип групового переносу. Суматор розбиваютьна групи, у вигляді міні-суматора з розрядністю від 2 до 8 і маючий свій вхід переноса Р. Будується тракт переносу 2 яруси між групами, які виробляють сигнали групових переносів,які подаються на Р входи всіх міні-суматорів. При цьому час розповсюдження переносу між групами виявляється меньше чим якби цей перенос розповсюджувався по ципочкам внутригруповових трактів(трактів 1 яруса). Паралельний перенос між групами в зєднанні з паралельним переносом всередині групи дає самі швидкі суматори вдіапазоні розрядномті від 24 до 64. В діапазоні розрядності від 8 до 24 багато по швидкості переходять до суматорів зпаралельним переносом між групами та послідовними всередині груп. Розрядність груп при цьому невелика – від 2 до 4.

При необхідності виконувати над числами не тільки додавання,та інші операції, використовуються мікросхеми універсальних Арифметично-логічних пристроїв (АЛУ), які мають багато серій.Подавання на керуючи входи мікросхем 5-розрядний код, можливо задати одну з32 арефметичних або логічних операцій. Прикладами мікросхем АЛУ являються КІ55ИП3 (і до неї схема швидкого переносу КІ55ИП4), а також 564ИП3 (і схема прискореного переносу 564ИП4).

Основні параметри деяких типів суматорів і АЛУ є в таблиці 7, а функціональні позначення суматорів – на рис. 12.

Приклад. Побудувати суматор на 12 розрядів з мінімальними потребами міцності.

З таб. 7 берем ИС типу 564 ИМІ, вироблену по КМОП технології і маючу потребу міцності. Будуємо схему суматора зпослідовними переносами на трьох ИС. Вхід переносу вперший ИС зєднуєм зкорпусом пристроя (це еквівалентно подачі на вхід переносу ИС логічного 0).Функціональна схема суматора на рис.13.

Завдання

1.Побудувати суматор на 8(12,16,20,24,32) розрядів з мінімальною потребою міцності.

2. Побудувати суматор на 8 (12,16,20,24,28,32) розрядів максимальної бистродії на ИС, вироблених по ТТЛ технології (по ЕСЛ технології).

3. Побудувати накопичуючий суматор на 8(12,16,20,24,28,32) розрядів.

4. Побудувати двійково-десятичний суматор на три десятичних розряда з використанням стандртних ИС.

5. Побудувати накопичуючий суматор з використанням ИСКІ55ИМ3 та одноступінчатих тригерів з потенціальними синхровходами.

Таблиця 7

Основні параметри ИС суматорів

Тип ИС	Функціональне назначення	Разр.	T3нс	І пот.,МА
КІ55ИМІ	Повний суматор	1	60	31
КІ55ИМ2	Повний суматор	2	42	50
КІ55ИМ3	Повний суматор	4	33	110
КІ55ИМ6	Повний суматор	4	24	34
КІ34ИМ4	Полусуматор	4	350	11
КІ34ИМ5	Повний суматор з прискоренним переносом	2	160	36
КІ64ИМ1	Повний суматор	4	500	0,01
КІ76ИМ1	Повний суматор	4	1900	0,02
564ИМ1	Повний суматор	4	270	0,01
КІ00ИМ180	Подвоєний суматор – вичислитель	2	6	50
КІ00ИМ181	АЛУ на 16 операцій	4	11	145
КІ55ИП3	АЛУ на 32 операції	4	48	150
КІ44ИП4	Схема прискореного переносу для АЛУ	4х4	22	76
564ИП3	АЛУ на 32 операції	4	1400	1,4
564ИП4	Схема прискореного переносу для АЛУ	4х4	600	1,2
К53ІИП3П	АЛУ	4	30	220
К53ІИП4П	Схема прискореного переносу для АЛУ	4х4	10	109

---

Контрольні питання

1. Навести означення суматора.

2. Які бувають суматори.

3. Як побудувати суматор.

4. Чому в однорозрядному суматорі отримують максимальну швидкодію.

5. Розкажітьпро принципи побудови паралельного переносу.

6. В чому суть суматорів з груповим переносом.

7. Назвіть типи ИС універсальних АЛУ.

---

К155ИР13

03 D

1

05 2

07 3

09 4 Q

15 5 1 04

17 6 2 05

19 7 3 08

21 8 4 10

5 14

11 C 6 16

23 V1 7 18

01 V2 8 19

02 R

22 L

13 R

K555ИР22

01

13

02

03 05

04 06

07 09

08 14

16 17

15 18

19 21

20

---

---

Смотрите также файлы

• Дешиф-1.doc

• Регiстри.doc

• Лекція 8-Лінійчаті розгорт.пов-ні.doc

• Лекція 16-Розгортки.doc

• Лекція 3-Площина.doc