Суматори. Однорозрядний двійковий суматор. Багаторозрядні війкові суматори паралельного типу.

Суматори – прилади, здійснюючі арифметичну операцію – підсумовування чисел у двійковому коді.

Найпростіший випадок – підсумовування двох одно розрядних чисел: 0+0=0, 1+0=1, 0+1=1 і 1+1=10. В останньому випадку вихідні числа 10 (в десятковому запису це 2) виявилось двійковим двох- розрядним. Одиниця, що з’явилася в вищому розряді суми, називається одиницею переносу.

На рис. 45а показана реалізація схеми підсумовування двох одно- розрядних чисел, яка складена з елементів виключаючих АБО чи І. Схема має два вихідні проводи: суми Σ і переносу С. Така схема називається напівсуматором. Таблиця станів напівсуматора подана на рис. 45б.

Рис. 65. Напівсуматор

Повний суматор повинний мати вхід для прийому сигнала переносу С_n (тут n – число розрядів в сумованих словах).

Схема повного суматора двох одно розрядних слів показана на рис. 46а, а таблиця його станів на рис. 46б.

В останньому стовпчику таблиці результати сумування подані в десятковій формі. В присутності вхідної одиниці переносу С_n сума чисел А і В збільшується на 1.

Повні суматори багато розрядних чисел складаються із одно розрядних і можуть складати багато розрядні числа двома способами: паралельним або послідовним.

Рис. 66. Повний суматор та таблиця його станів

На рис. 47а показана структура п’ятирозрядного паралельного суматора. Тут порозрядно (в паралелі) сумуються два п’ятирозрядних слова: розряд А0 з розрядом В0, А1 з В1 і т. д. до А5 з В5. При цьому в кожному елементарному суматорі виходять парціальні суми Σ0, Σ1 – Σ5 і сигнали внутрішнього переносу, які послідовно поступають на вхід переносу С_n+1 більш старшого суматора. Шостий вихідний провід має сигнал переноса С_n+1=С₆ (одиниця в шостому розряді). Таким чином, повна вихідна сума суматора (рис. 47) складає 111111, тобто 63 в десятковому еквіваленті.

Рис. 67. Структура п’ятирозрядного паралельного суматора

Даний пристрій не важко зробити будь-якої довжини, але сумування буде закінчене лиш тоді, коли витече час поширення сигналів переносу С_n через весь ланцюг одно розрядних суматорів. Більше часу поширення сигналу обмежує прийом паралельних суматорів. Такий перенос інколи називають пульсуючим.

Рис. 68. Послідовний двійковий суматор

Послідовний двійковий суматор (рис. 48) отримує три n – розрядних слова завантажуються в регістри А і В порозрядно. З такою ж швидкістю один такт-один розряд відбувається й підсумувування, тобто заповнення регістра суми Σ. Додатковий D-тригер необхідний для запам’ятовування на один такт розряду С_n для переносу його в розряд С_n+1. Регістри послідовних суматорів можуть мати паралельне навантаження. Якщо необхідно, щоб змінні числа В доповнювались до постійного числа А, регістр числа А потрібно запустити в режим рециркуляції (штрихова лінія на рис. 48).

Паралельні, комбінаторні (безрегістрові) суматори забезпечують найбільшу швидкість сумування, якщо комплектуються схемою прискореного переносу СПП. В результаті дії СПП розряд С_n+1 з’являються на виході одночасно з розрядами суми Σ .

Рис. 69. Схематичне позначення суматора

Номенклатура розглянутих суматорів в ТТЛ-серіях представлена мікросхемами К155ИМ1 (2, 3), К555ИМ6, 7; КМ555ИМ6.

В МОН-серіях це К176ИМ1, К561ИМ1, К564ИМ1.

Запам’ятовуючі пристрої.

Класифікація і основні характеристики.

Оперативні запам’ятовуючі пристрої матричного типу на інтегральних мікросхемах.

Постійні запам’ятовуючі пристрої виготовлені за біполярною і МОН технологією.

Зовнішня пам’ять на магнітних картах дисках і стрічках.

Запам’ятовуючі пристрої (ЗП) служать для фіксації, зберігання, видачі інформації, необхідної для розв’язування задач на ЕОМ.

Процес фіксування інформації в ЗП називають запис(З), а процес виведення – зчитування або просто читання(Ч). Запис і зчитування являються основними операціями в ЗП. Незалежно від призначення та принципів побудови в будь-якому ЗП можна виділити чотири блоки: (рис. 50)

• блок пошуку слів (БПС),

• накопичувач (Н),

• блок розрядних ланцюгів(БРЛ),

• блок керування(БК).

Сигнал З і Ч задають вид виконуючої операції, а Н і К її початок та кінець.

Рис. 70. Склад ЗП

Накопичувачем називають ту частину ЗП, в якій проходить фіксування та збереження слів і з якої при необхідності можна зчитати записане раніше слово. Накопичувач розбитий на окремі комірки, в кожній з яких може зберігатись слово, частина слова або декілька слів.

Блоком пошуку слів називають частину ЗП, яка виконує функцію пошуку комірок, в яких зберігається шукане слово або в яку потрібно записати задане слово. За способом пошуку слів розрізняють: адресні, асоціативні та безадресні ЗП. В адресних ЗП шукане слово визначається координатами комірки в просторі або в часі. В таких ЗП кожній комірці надається свій номер, який називається адресою. Пошук слова здійснюється шляхом задання адреси, де зберігається шукане слово. Якщо адреса являє собою просторові координати комірки, то такий пошук слова називають адресним М- пошуком (S- пошуком ) – за адресою місця комірки в ЗП. Якщо ж Адреса являється часовими координатами комірки, то такий пошук слова називають адресним В- пошуком (Т-пошуком) – пошуком в часі.

В безадресних ЗП запис і зчитування здійснюють в раз і назавжди заданою послідовністю. Частіше всього використовують наступні два варіанта організації пошуку слів в безадресних ЗП:

1) зчитування слів здійснюється, в тій послідовності, в якій ці слова були записані в ЗП, тобто за принципом “першим записано, першим і зчитано”

2) зчитування слів здійснюється в послідовності, оберненій до тієї, в якій вони були записані у ЗП, тобто за принципом “першим записано, останнім зчитано”.

Блоком розрядних кіл називають ту частину ЗП, по якій слово (С) при запису надходить в накопичувач, а при читанні передається з накопичувача на вихід ЗП. Існують ЗП, в яких деякі функції БПС і БРК виконуються на одному і тому ж обладнані. Такі блоки називають адресно-розрядними ланцюгами.

Блоком керування називають ту частину ЗП, яка за сигналом “Початок” операції (П) і по коду операції “Запис” або “Зчитування” виробляє послідовність керуючих сигналів, необхідну для виконання заданої операції. Завершення операції фіксується за сигналом “Кінець” (К) на окремому виході ЗП.

За кратністю інформації виділяють ЗП із стираючим записом (активні ЗП) і ЗП з нестираючим записом (односторонні, пасивні, постійні ЗП). В активних ЗП запис і зчитування може відбуватися будь-яке число разів навіть до природнього псування носія інформації. В постійні ЗП інформація записується один раз (наприклад, при виготовлені), а зчитування може здійснюватись довільне число разів.

В деяких типах ЗП зчитування інформації супроводжується її руйнуванням. Тому розрізняють ЗП з руйнуванням і без руйнування інформації при зчитуванні.

Окремі групи ЗП дозволяють зберігати інформацію при від’єднання електроенергії. Відповідно до цього розрізняють ЗП, зберігаючи і не зберігаючи інформацію при вимкнені живлення.

Основними параметрами, які визначають якість ЗП, є ємність, розрядність, швидкодія, вартість і надійність, споживана потужність.

Інформаційна ємність визначається числом одночасно збережених у матриці-накопичувачі одиниць інформації – біт. Розрядність визначається кількістю двійкових символів, тобто розрядів у збереженому числі.

Швидкодія кількісно характеризується деякими часовими параметрами, серед яких можна виділити в якості узагальнуючого параметра час цикла запису (зчитування), відрахованого від моменту надходження коду адреси до завершення всіх процесів в ЗП при записі (зчитуванні) інформації.

Надійність ЗП оцінюється як за відмовами, так і за збоями. Кількісною оцінкою надійності за відмовами служить ймовірність безвідмовної роботи ЗП в заданих умовах в межах заданого інтервалу часу, а за збоями – число збоїв на деякий об’єм інформації, наприклад, на 10⁷ біт.

Вартість ЗП оцінюється як загальна вартість С всього ЗП, так і зведеної вартості С′ зберігання одного біта інформації в ЗП

^.

де N- ємність ЗП у бітах.

В ЦЕОМ використовуються різні типи накопичувачів ЗП - на феритових осердях, на тонких магнітних стрічках, на приладах із зарядовим зв’язком і магнітних доменних елементах, на напівпровідникових елементах , на мікросхемах.

За призначенням мікросхеми пам’яті поділяють на дві групи: для оперативних запам’ятовуючих пристроїв (ОЗП) і для постійних запам’ятовуючих пристроїв (ПЗП).

Оперативні запам’ятовуючі пристрої призначені для зберігання змінної інформації: програм і чисел, необхідних для поточних обчислень. Такі ЗП дозволяють під час виконання програми заміняти стару інформацію новою.

За способом зберігання інформації ОЗП поділяють на статичні та динамічні. Статичні ОЗП, елементами пам’яті в яких є тригери, здатні зберігати інформацію невизначений час (при умові, що є напруга живлення). Динамічні ОЗП, роль елементів пам’яті в яких виконують електричні конденсатори, для зберігання записаної інформації потребують періодичного перезапису (регенерації).

Постійні запам’ятовуючі пристрої призначені для зберігання постійної інформації: підпрограм, мікропрограм, констант і т. д.

Такі ЗП працюють тільки в режимі багаторазового зчитування.