Сумматоры и формирователи обратного кода

Комбинационные операционные элементы способны выполнять только преобразование и передачу данных, но не хранение их.

Сумматор предназначен для арифметического сложения двоичных кодов, которое осуществляется в нем с помощью операции

S:= A + B + C,

где A, B – двоичные коды слагаемых, C – перенос в младший разряд суммы (от сложения предыдущих разрядов).

Условное обозначение n – разрядного комбинационного сумматора на структурных схемах показано на рис. 1.8.

P – выход переноса из старшего, т.е. n –1-го разряда. Сигнал с этого выхода может использоваться в качестве сигнала ЛУ.

При сложении чисел в дополнительном коде знаки чисел располагаются в старшем разряде разрядной сетки и участвуют в суммировании наряду с числовыми разрядами. В результате в n –1-м разряде сумматора формируется знак результата.

Сумматор выполняет только одну микрооперацию и поэтому для его работы не требуется управляющих сигналов. С другой стороны, вход C можно рассматривать и как управляющий, задающий выполнение двух различных микроопераций.

Для получения сумматоров большей разрядности два или большее число сумматоров соединяют последовательно по цепи переноса (рис. 1.9).

Рис. 1.9

Если операнды являются числами в дополнительном коде, то на сумматоре можно выполнить операцию вычитания. Для этого на одну из шин, например, на шину B подается обратный код уменьшаемого, т.е. , а на вход C подается сигнал 1 (рис. 1.10). Тогда

S = A+ + 1 = A + ( +1) = A + (-B) = A - B.

Реализация операции вычитания в дополнительном коде на сумматоре основана на том, что инвертирование кода числа В и прибавление к его младшему разряду 1 эквивалентно смене знака числа.

Формирователи (преобразователи) двоичных кодов предназначены для преобразования двоичных кодов из одного формата в другой (рис. 1.11). Для арифметических операционных устройств наиболее типичным является преобразование прямого кода в обратный. Такое устройство в зависимости от управляющего сигнала выдает либо входной код D без изменения, либо обратный код D. Формирователи обратного кода реализуются на схемах сложения по модулю 2.

Функционирование формирователя обратного кода полностью определяется табл. 1.1

Таблица 1.1

Y 1	Микрооперация
	U:= D
	U:= ¬ D

Использование формирователя обратного кода на входе сумматора позволяет синтезировать универсальную схему для выполнения операций сложения и вычитания в дополнительном коде (рис. 1.12)

Рис. 1.12

Если Y 1 = 0, то формирователь кода передает код B на вход сумматора без изменения. При этом сумматор производит сложение

S = A + B + 0,

что соответствует выполнению команды арифметического сложения.

Если подать Y 1 = 1, то формирователь кода будет передавать на вход сумматора обратный код B. При этом сумматор будет производить сложение

S = A + + 1,

что соответствует выполнению команды арифметического вычитания.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

АЛУ предназначены для выполнения различных арифметических и логических операций над двоичными кодами включая операции сдвига. Так же как формирователи кодов и сдвигатели АЛУ являются многофункциональными комбинационными элементами. Их особенность состоит в том, что для настройки на выполнение требуемой микрооперации необходимо подать соответствующий управляющий двоичный код. Длина кода зависит от количества микроопераций, реализуемых в комбинационным элементом.

АЛУ обычно объединяют в себе функции сумматора, сдвигателя, формирователя кодов и комбинационных схем, выполняющих поразрядные логические микрооперации.

Сдвигатели – это многофункциональные комбинационные элементы, служащие для передачи кодов со сдвигом влево или вправо на 1, 2 или большее число разрядов. Кроме того, одной из микроопераций сдвигателя является передача кода со входа D на выход U без сдвига. Микрооперации, выполняемые сдвигателем, необходимы при микропрограммном выполнении арифметических команд умножения и деления.

Настройка таких многофункциональных элементов, как сдвигатель, на выполнение заданной микрооперации осуществляется двоичным управляющим кодом от управляющего автомата. На рис. 1.13 показано условное обозначение сдвигателя на структурных схемах.

Дополнительные входы CL и CR служат для подачи бита в освобождающийся разряд разрядной сетки. Выходы PL и PR служат для выдачи разрядов кода D, выходящих из разрядной сетки при сдвиге.

Функционирование рассматриваемого сдвигателя приведено в табл. 1.2.

Таблица 1.2
Y 2, Y 1	Микрооперация
0 0	Не используется
0 1	U:= R 1(CR, D); PR:= D [0]
1 0	U:= L 1(D, CL); PL:= D [ n -1]
1 1	U:= D

Комбинационные схемы для выполнения поразрядных логических операций легко реализуются схемотехнически, поскольку операции, выполняемые над отдельными разрядами, не влияют на другие разряды.

На рис. 1.14 приведен пример условного обозначения многоразрядной схемы ИЛИ.

На рис. 1.15 представлено условное обозначение АЛУ на структурных схемах.

На рис. 1.15 используются следующие обозначения:

D 0, D 1 – n- разрядные двоичные коды операндов;

CL – вход переноса. При сдвиге влево – сдвиговый вход;

CR – сдвиговый вход для сдвига вправо;

PL – выход переноса для арифметических операций, сдвиговый выход при сдвиге влево;

PR – сдвиговый выход для сдвига вправо;

F – двоичный управляющий код, который настраивает АЛУ на выполнение заданной микрооперации.

Функционирование АЛУ полностью определяется кодом F микрооперации (табл. 1.3).

Таблица 1.3

F	Микрооперация
0…00
…
1…11

Дата добавления: 2014-01-06