3. Сумматоры

На рис.42 показан 4-разрядный полный сумматор. Эта схема складывает четырехразрядное двоичное число А_i c четырехразрядным двоичным числом В_i и на выходе формирует двоичную сумму S_i плюс разряд переноса П_вых. Для расширения сумматора в схеме предусмотрен вход переполнения П_вх и выход переполнения П_вых.

Для суммирования больших величин сумматоры можно наращивать. Для этой цели предусмотрен вход переноса П_вх, на который поступает выходной сигнал переноса от предыдущего (младшего) сумматора. На рис.43 показано, как строится схема для суммирования двух 8-разрядных двоичных чисел.

Рис. 42. Условное изображение 4-разрядного полного сумматора

Рис.43. Схема сумматора двух 8-разрядных двоичных чисел

В качестве сумматора часто используются арифметически-логические устройства (АЛУ). Эти устройства фактически предназначены для выполнения целого ряда различных функций. В частности, 4-разрядное АЛУ (с возможностью наращивания для обработки слов большей длины) может выполнять сложение, вычитание, сдвиг двоичных разрядов, сравнение величин и другие функции.

4. Компараторы

В задачах, связанных с принятием решений (например, при управлении), часто бывает необходимо знать, как соотносятся между собой какие-либо величины. При этом возможны две ситуации: во-первых, знать насколько эти величины отличаются друг от друга и, во-вторых, знать больше, меньше или равны эти величины по отношению друг к другу. Для решения задачи сравнения в цифровых устройствах используют так называемые компараторы³. На рис.44 показан 4-разрядный компаратор двоичных чисел.

Рис.44. 4-разрядный компаратор двоичных чисел

Он определяет относительные значения двоичных 4-разрядных чисел А и В и вырабатывает на выходах сигналы (0 или 1), соответствующие соотношениям АВ, А=В и АВ. Входы компаратора допускают наращивание для сравнения двоичных чисел длиной более 4 бит.

Список комбинационных функциональных схем не ограничен приведенными в этом разделе. Современная промышленность выпускает большое количество такого типа схем. Поэтому рассмотреть их все в этом учебном пособии нет возможности.

7. Дешифраторы

В повседневной жизни для представления чисел мы пользуемся исключительно десятичным кодом. В цифровых электронных схемах для представления чисел по большей части применяется двоичный код. Это связано с тем, что в основе всех цифровых элементов лежит так называемый ключ. А одной из основных характеристик ключа является то, что он имеет только два состояния (включено «1» или выключено «0»). В цифровой электронике применяется, кроме того, много других специальных кодов для представления чисел и даже букв алфавита. Поэтому существует задача распознания (дешифрирования) таких кодов. Схемы, которые решают такие задачи, называют дешифраторами.

Одним из самых распространенных видов дешифраторов является так называемый линейный дешифратор. Такие дешифраторы нашли широкое применение в ЭВМ. В частности для получения доступа к (чтения или записи) памяти двоичный адрес дешифрируется тем самым, активируя нужную ячейку памяти.

На рис. 45 приведена схема линейного дешифратора на 10. Эта схема преобразует входной двоичный код чисел от 0000 до 1001 в единичный код на выходе. В качестве источника двоичных чисел в схему включены четыре ключа А, В, С и D. На выходе схемы поставлены световые индикаторы, которые загораются в зависимости от значения двоичного кода на входе.

Толстой линией на схеме изображена так называемая ШИНА (BUS). Такой способ используется в тех случаях, когда на схеме много соединений, которые, если показать, сильно затруднят чтение схемы. Шина представляет собой условное обозначение жгута проводников (изолированных друг от друга), каждому из которых присвоен номер на входе и такой же на выходе. В схеме использовалось две независимые шины, поэтому применялась независимая нумерация соединительных проводников. Например, в шине – 1 проводник с номером 2 от подвижного контакта ключа В подключен к инвертору D2 и вторым входам элементов 4-И D7, D8, D11 и D12. В тоже время в шине 2 другой проводник с таким же номером 2 подключен к выходу элемента 4-И D6 и к второму индикатору на выходе. В схеме также используются четыре элемента НЕ и десять элементов 4-И.

Рис.45. Электрическая схема линейного дешифратора на 10

Рассмотрим работу схемы линейного дешифратора на примере. В схеме ключ А замкнут, ключ В разомкнут, ключ С замкнут и ключ D разомкнут, т.е. А=1, В=0, С=1 и D=0. Это означает, что в шине 1 в проводах с номерами 1, 6, 3 и 8 присутствует напряжение +5В, т.е. логическая единица. В этой же шине 1 в остальных проводах с номерами 2, 4, 5 и 7 присутствует напряжение 0В, т.е. логический ноль. Провода с номерами 1, 6, 3 и 8 подключены к входам элемента 4-И D10 и, следовательно, в соответствии с таблицей истинности для этого элемента на выходе действует единица (+5В). Эта единица поступает через соединительный провод с номером 6 по шине 2 к шестому индикатору, который загорается. При этом хотя бы на одном входе остальных девяти элементов 4-И по проводам 2, 4, 5 и 7 из шины 1 поступает логический ноль. Следовательно, в соответствии с таблицей истинности для этих элементов на выходе также логический ноль. Это означает, что на проводах с номерами 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9 и 10 (за исключением провода 6) в шине 2 логический ноль и все кроме шестого индикатора не горят. Для остальных кодовых комбинаций на входе (00001001) проверьте работу этой схемы самостоятельно и убедитесь в правильности работы приведенной на рис.45 схемы.

Очевидно, что каждый раз изображать схему такого или подобного дешифратора задача трудоемкая. Поэтому введено условное изображение таких устройств (рис.46).

Рис.46. Условное изображение линейного дешифратора на 10

Существует много других типов дешифраторов, предназначенных для решения самых разнообразных задач. Например, для управления семи сегментными индикаторами, декодирования команд в микропроцессоре и т.п.