1. Теоретична частина

1.1 Класифікація існуючих суматорів

Суматор - це електронний вузол, призначений для виконання мікрооперації арифметичного додавання (підсумовування) двох чисел (слів). При додаванні двох чисел, представлених у вигляді двійкових кодів A (a _0, a _1, ... a _n) і B (b _0, b _1, ... b _n) утворюється сума S (s _0, s _1, ... s _n). Значення i - x розрядів утворюється відповідно до правила:

S _i = a _i + b _i + p _{i -1;} p _i = 0 - при (a _i + b _i + p _{i -1)} <q, S _i = a _i + b _i + p _{i -1;} p _i = 1 - при (a _i + b _i + p _{i -1)>} = q,

де: S _i - сума в i м розряді, p _{i -1} - перенесення з сусіднього молодшого розряду, q - основа системи числення.

Суматори класифікують:

- За прийнятою системі числення та кодування розрізняють: двійкові, двійково-десяткові, десяткові та ін;

- Залежно від кількості входів і виходів бувають: суматори за модулем 2, полусумматор і повні суматори;

- За способом організації процесу підсумовування однорозрядною підсумовує схеми: комбінаційного типу, накопичує типу й комбіновані;

- За способом організації ланцюгів переносу між розрядами: з послідовним, з паралельним, з груповим і з одночасним переносами;

- За способом обробки багаторозрядних чисел розрізняють: послідовні, паралельні і комбіновані.

Для складання багаторозрядних чисел суматор являє собою набір однорозрядних суматорів, що мають входи для доданків і переносу з молодшого розряду і виходи суми і перенесення в старший розряд.

1.2 Послідовний суматор

Суматор для послідовних операндів містить всього один однорозрядних суматор, обробний числа послідовно розряд за розрядом, починаючи з молодшого. Склавши молодші розряди (a ₀ і b _0), однорозрядних суматор виробляє суму (s ₀₎ для молодшого розряду результату і перенесення (c _0), який запам'ятовується на один такт.

У наступному такті складаються новоприйняті розряди доданків (a ₁ і b ₁₎ з перенесенням з молодшого розряду (з ₀₎ і т.д. Умовна схема послідовного n розрядного суматора (рис. 1), крім однорозрядного двійкового суматора, містить зсувні регістри доданків і суми, а також тригер, що запам'ятовує перенесення. Регістри і тригер тактується сигналом ТІ.

Рис. 1. Схема послідовного n розрядного суматора.

1.3 Контроль роботи суматора

Для контролю роботи суматорів часто застосовують контроль по модулю два. Суть методу полягає в наступному:

нехай є два складаються числа (X і Y) та їх сума (S):

Позначивши контрольні коди парності літерами k _s, k _x, k _y і k _p:

або отримане тотожність і визначає сутність контролю суматора, контролю додавання двох чисел. Код парності суми дорівнює сумі по модулю два контрольних кодів доданків і контрольного коду переносу. Важливим висновком з отриманого контрольного співвідношення є необхідність формування та обліку контрольного коду переносу.

1.4) Перетворення коду

Перетворення двійкового числа в код Грея проводиться відповідно до табл. 1.

Таблиця 1

Двійкові числа	Числа в коді Грея
0 0 0 0	0 0 0 0
0 0 0 1	0 0 0 1
0 0 1 0	0 0 1 1
0 0 1 1	0 0 1 0
0 1 0 0	0 1 1 0
0 1 0 1	0 1 1 1
0 1 1 0	0 1 0 1
0 1 1 1	0 1 0 0
1 0 0 0	1 1 0 0
1 0 0 1	1 1 0 1
1 0 1 0	1 1 1 1
1 0 1 1	1 1 1 0
1 1 0 0	1 0 1 0
1 1 0 1	1 0 1 1
1 1 1 0	1 0 0 1
1 1 1 1	1 0 0 0

Аналіз таблиці показує, що код Грея можна інтерпретувати як двійкову систему числення з вагами розрядів, рівними де: i = 1,2, ..., n. - Номери розрядів, вважаючи справа наліво;

j - кількість одиниць ліворуч відповідного розряду з номером i. Така інтерпретація дозволяє сформулювати правило перетворення будь-якого двійкового числа в код Грея:

1. найстарша значуща цифра (одиниця) числа в коді Грея збігається із самою старшою значущою цифрою цього ж числа в двійковому коді;

2. цифра в будь-якому іншому, більш молодшому розряді числа в коді Грея:

а) збігається з відповідною цифрою числа у двійковому коді, якщо зліва від даної цифри в коді Грея є парне кількість одиниць;

б) збігається з запереченням відповідної цифри в двійковому коді, якщо зліва від даної цифри в коді Грея є непарна кількість, одиниць; тобто: .

Правила складання перетворювача двійкового коду в двійково-десятковий код: ваги розрядів вхідних сигналів всіх перетворювачів кодів повинні знаходиться у відношенні 1:2:4:8, так як кожен перетворювач кодів перетворює тільки один двійковий розряд в двійково-десятковий розряд (вага 8 змінюється на вага 5), то перетворювач двійкового коду в двійково-десятковий код має пірамідальну структуру; побудова продовжується до тих пір, поки не будуть отримані ваги , Де j = 0,1,2, ... (за винятком старшого десяткового розряду); на перетворювачі не можна подавати двійкові числа, що перевищують суму ваг вхідних сигналів 5 +4 +2 +1 = 12.

Частина схеми має 5 входів і 6 виходів і виконує функцію:

X , якщо 0 <X <4

X +3, якщо 5 <X <9

X +6, якщо 10 <X <14

Y = X +9, якщо 15 <X <19

X +12, якщо 20 <X <24

X +15, якщо 25 <X <29

X +18, якщо 30 <X <31

Інша частина схеми також може бути розбита на вузли. 2)

Елементна база

Вибір і обгрунтування елементної бази

В якості основної серії була обрана К555. Мікросхеми К555 представляють собою цифрові малопотужні схеми, виконані за біполярною технологією на основі транзисторних-транзисторної логіки з діодами Шотки (ТТЛШ). До складу цієї серії входить функціонально повний набір пристроїв цифрової обробки інформації, включаючи ЛЕ, арифметичні пристрої, тригери, лічильники, регістри зберігання і зсуву, шифратори, дешифратори, мультиплексори, магістральні елементи та ін Мікросхеми повністю сумісні з ІС К133, К155, КМ155 по логічним рівням, напрузі живлення, завадостійкості і при однаковому швидкодії споживають у 5 разів меншу потужність від джерела живлення на один базовий ЛЕ. Логічні рівні напруги складають не більше 0,4 В при струмі навантаження 8 мА для низького рівня і не менше 2,4 В - для високого рівня (для ряду мікросхем високий рівень напруги 2,5 В). Завадостійкість схем - не менше 0,3 В, навантажувальна здатність не менше 20 ІВ.

Конструктивно-технологічно ІС К555 виконані за планарно-епітаксійний технології з ізоляцією p - n переходами, мають уніфіковані корпуси, кількість висновків яких становить 14 .. 28.

Через відсутність в серії К555 деяких ІС додатково були взяті елементи з наступних серій: К155, К514 і К1533.