7.3. Арифметико-логические устройства

Схемы контроля равнозначности двух кодовых комбинаций находят широкое применение, в частности для анализа адресных посылок и формирования сигнала "свой – чужой". Такую схему можно собрать на дискретных логических микросхемах (ЛП5 и ЛЕ, ЛП5 и ЛЛ, ЛП12), но можно и использовать специальную микросхему СК (например, К559СК1 – рис. 44,а) или взять схему сравнения двоичных чисел (см. ниже) и использовать только выход "А=".

Схемы сравнения двоичных чисел (например, К555СП1 – рис. 44,б) обычно имеют три выхода: “А>”, “А=”, “А<” и три управляющих входа, задающие строгость или нестрогость сравнения, т.е. А>В или А>В, А<В или А<В. Если на входе "=" стоит 1 – все неравенства строгие (>, =, <), в остальных случаях – согласно таблицам функционирования (см., например, /5/, где приведен также способ наращивания разрядности схемы сравнения).

К арифметическим устройствам, применяемым в сис­те­мах управления, относятся сумматоры и перемножители. на основе этих устройств (и даже только на основе сумматоров) можно построить схемы, выполняющие все арифметические операции. В семействе ТТЛ выпускаются:

ИМ5 – сдвоенный одноразрядный сумматор,

ИМ6 – четырехразрядный сумматор с парал­лель­ным переносом,

ИМ6 – четырехразрядный сумматор-вычитатель,

ИП4 – 4m-разрядное уст­ройство параллельного переноса,

ИП8 – 4х2-разрядная схема умножения,

ИП9 – 8-разрядный последовательно-параллельный двоичный перемножитель.

В

Рис. 44

ключение в эту совокупность устройств параллельного переноса позволяет повысить быстродействие многоразрядных (4хm) сумматоров. Схемы многоразрядных сумматоров и перемножителей приведены в /5/.

Быстрые умножители двух чисел широко применяются в различных (в т.ч. микропроцессорных) устройствах ЧПУ, поскольку они существенно ускоряют траекторные расчеты. Например, для БИС умножителей К1802ВР4 (12х12 разрядов) и К1802ВР5 (16х16 разрядов) время умножения не превышает 110 нс.

На УГО сумматоры обозначаются SM, устройства параллельного переноса – CRU (carry unit), умножители – MPL.

В семейство ТТЛ входят также многофункциональные арифметико-логические устройства (ALU): ИП3, которое выполняет 16 логических и 16 арифметических операций, и ИК2, выполняющее 3 логические и 3 арифметические операции. Программирование (выбор операции) задается кодом, подаваемым на управляющие входы. АЛУ ИП3 имеет выход "А=" и может использоваться для контроля равнозначности двух кодовых комбинаций. АЛУ являются основой микропроцессорных наборов, например, в серии К589 это ИК02 (2 разряда), в серии К1804 – ВС2 (4 разряда), в серии К1801 – ВМ1 и ВМ2 (16 разрядов). Секционные АЛУ должны применяться с соответствующими CRU. Функционирование микропроцессорных АЛУ описано в соответствующей литературе (например, в /1/).

Раздел IV. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЗЛЫ

Методические рекомендации для студентов

Изучая построение последователь­ностных цифровых узлов и устройств, следует обратить внимание на различные варианты реализации последователь­ностных цифровых узлов на основе микросхем различного типа, начиная от логических элементов и до многофункциональных микросхем.

Лекции 8-9. Последовательностные (накапливающие) схемы

8.1. Базовые сведения

В отличие от изученных ранее комбинационных схем последовательНОСТные схемы – это автоматы с памятью. Базовые функциональные сведения о таких устройствах (начиная с триггеров) студентам известны из предшествующих курсов. Исходя из этого, повторим материал вкратце для согласования понятий.

Если обозначить вектор входных сигналов как =[z₀, z₁, .., z_F], вектор выходных сигналов как =[w₀, w₁, .., w_G], вектор состояний автомата как =[a₀, a₁, .., a_M], тогда автомат с памятью может быть представлен в виде, приведенном на рис. 45 (развернуто) и на рис. 46 (обе части КС объединены).

Рис. 45 Рис. 46

Здесь КС – комбинационная схема, т.е. автомат без памяти; П – память, т.е. накопитель, удерживающий данные; Q^– – прежнее значение Q. Прохождение сигналов через автомат может описываться уравнениями

, A(0) = a₀.

где – функция выходов автомата в целом;

– функция выходов для комбинационной часть КС2;

– функция переходов автомата;

a₀ – известное начальное состояние автомата.

Комбинационные схемы являются частным случаем конечного автомата, когда A(0) ≡ a₀, .

Графически прохождение сигналов через КС (см. рис. 46) можно изобразить так, как это показано на рис. 47, а. Такой автомат называют автоматом Мили (Mealy⁸).

а) б)

Рис. 47

Возможна и другая структура (рис. 47,б), которую называют автоматом Мура (Moore). Отсутствие прямой связи между в автомате Мура, естественно, не означает их независимости, а означает что?

Характеристики последовательностных автоматов приведены в табл. 16.

Таблица 16

Последовательностные автоматы характеризуются:	Простейший случай
1) числом внутренних состояний (≥2)	2
2) числом информационных входов	1; 2
3) числом выходных переменных	1
4) функцией переходов (характеристическим уравнением)
Простейший последовательностный автомат называется →	ТРИГГЕР

К данной группе устройств (автоматы с памятью) можно отнести следующие функциональные подгруппы: триггеры, счетчики, регистры, микросхемы оперативных ЗУ, регистровые файлы. Памятью обладают также схемы, имеющие хотя бы одно неустойчивое состояние – одновибраторы, мультивибраторы, таймеры (рассмотрены ниже). Как показано выше, основное правило функционирования последовательностных микросхем – сохранение состояния в период отсутствия активных значений сигналов на входах.