Transcript Złozone układy kombinacyjne

Złożone układy kombinacyjne
M@rek Pudełko
Urządzenia Techniki Komputerowej
Układ kombinacyjny
• Układ kombinacyjny to rodzaj układów cyfrowych
charakteryzujący się tym, że stan wyjść zależy
wyłącznie od stanu wejść.
• Stan wyjść opisują funkcje boolowskie. W układach
kombinacyjnych nie występuje sprzężenie zwrotne.
2
Podział układów kombinacyjnych
Układy kombinacyjne
Komutatory
Multiplekser
Demultiplekser
Konwertery kodów
Koder
Dekoder
Transkoder
Bloki arytmetyczne
Sumator
Komparator
ALU
3
Układ kontroli parzystości
• Kontrola parzystości ma na celu sprawdzenie poprawności
przesyłu danych. Polega na dodaniu dodatkowego bitu
kontrolnego.
• Najczęściej jest to bit parzystości. Urządzenie zlicza
wszystkie bity wiadomości i dodaje taki bit, by suma była
parzysta.
• Jeżeli liczba jedynek jest nieparzysta dodaje 1
• Jeżeli liczba jedynek jest parzysta dodaje 0
• Przykład
• Wiadomość 101111012 ma parzystą liczbę jedynek, więc bit parzystości
wynosi 0. Wiadomość z dołączonym bitem parzystości to 1011110102.
• Wiadomość 011100112 ma nieparzystą liczbę jedynek, więc bit
parzystości wynosi 1. Wiadomość z dołączonym bitem parzystości to
0111001112.
4
Układ kontroli parzystości
5
Bramka trójstanowa
6
Bramka trójstanowa
Wejście
Enable
Wyjście
0
0
0
1
0
1
X
1
Z
Enable – wejście blokujące
X – dowolny stan
Z – stan wysokiej impedancji
7
Bramka trójstanowa
• Bramka trójstanowa umożliwia odizolowanie
układów elektronicznych od siebie. Pełni rolę
elektronicznego wyłącznika.
• Oprócz dwóch stanów 0 i 1 pojawia się nowy
stan z – wysokiej impedancji.
• W praktyce po włączeniu trybu blokowania
pojawia się stan wysokiej impedancji, co
praktycznie izoluje obwody.
8
Komutatory
9
Multiplekser
• Multiplekser służy do wyboru sygnału jednego z kilku
dostępnych wejść i przekazania go na wyjście.
• Posiada k wejść informacyjnych, n wejść adresowych i
jedno wyjście y. Posiada też wejście sterujące
działaniem układu oznaczane S (wejście strobujące)
• Działanie multipleksera polega na przekazaniu wartości
jednego z wejść xi na wyjście y. Numer i wejścia jest
podawany na linie adresowe a0... an-1.
10
Multiplekser
11
Demultiplekser
• Demultiplekser służy do przekazania sygnału wejściowego na
jedno z kilku dostępnych wyjść.
• Demultiplekser posiada jedno wejście x, n wejść adresowych oraz
k wyjść (zazwyczaj k=2n).
• Wyjście jest określane przez podanie jego numeru na linie
adresowe a0... an-1. Na pozostałych wyjściach jest stan zera.
• Jeśli na wejście strobujące (blokujące, ang. strobe) S podane
zostanie logiczne zero, to wszystkie wyjścia yi przyjmują zero.
12
Demultiplekser
13
Konwertery kodów
14
Koder
• Koder to układ zamieniający kod 1 z k na naturalny kod
binarny.
• Koder posiada k wejść oraz n wyjść (k=2n).
• Koder priorytetowy − jest to układ w którym kodem
wejściowym jest kod x z n oraz jest ustalony priorytet
poszczególnych wejść.
15
Koder
16
Dekoder
• Dekoder zamienia naturalny kod binarny na kod 1 z k. działa
odwrotnie do kodera.
• Dekoder posiada n wejść oraz k wyjść (k=2n). W zależności od
ilości wyjść nazywa się go dekoderem 1zN.
17
Dekoder
18
Transkoder
• Transkoder zamienia dowolny kod cyfrowy (poza kodem
1 z N) na inny, dowolny kod cyfrowy (również z wyjątkiem
kodu 1 z N).
• Transkoder posiada n wejść oraz k wyjść.
19
Transkoder
20
Układy arytmetyczne
21
Sumator
• Sumator to układ dodający liczby dwójkowe.
• Składa się z kaskady półsumatorów dodających
pojedyncze bity.
• Przy dodawaniu większych liczb dodaje każdy bit
oddzielnie z uwzględnieniem przeniesienia.
22
Półsumator
• Półsumator może dodawać dwa liczby jednobitowe. Bit
przeniesienia występuje tylko na jednym z wyjść.
X1
X2
S
C
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
S – funkcja EX-OR
C – funkcja AND
S – suma
C - przeniesienie
23
Jednostka arytmetyczno-logiczna
• Jednostka arytmetyczno-logiczna (z ang. Arithmetic and Logical
Unit lub Arithmetic Logic Unit, ALU) to uniwersalny układ cyfrowy
przeznaczony do wykonania operacji arytmetycznych i logicznych.
Jest to podstawowy blok centralnej jednostki obliczeniowej
komputera.
• Słowo „uniwersalny” oznacza, że zestaw operacji powinien być
funkcjonalnie pełny, jeżeli za jego pomocą mamy zrealizować
dowolny algorytm przetwarzania informacji.
• ALU nie posiada układów pamiętających, dlatego musi
współpracować z pewnym zestawem rejestrów.
– Rejestr przechowujący wyniki operacji to akumulator.
– Rejestr flagowy zawiera cechy wyniku (np. przeniesienie bitu lub
przekroczenie zakresu).
24
Jednostka arytmetyczno-logiczna
• ALU to układ pozwalający przeprowadzić proste operacje na
liczbach całkowitych.
• ALU potrafi wykonać operacje arytmetyczne (jak dodawanie,
odejmowanie), operacje logiczne (np. Ex-Or) pomiędzy dwiema
liczbami oraz operacje jednoargumentowe takie jak przesunięcie
bitów, negacja.
• Zaletą użycia ALU jako jednego układu jest fakt, że przy niewielkiej
liczbie bramek jest możliwe zrealizowanie wszystkich operacji z
zestawu: dodawanie (z przeniesieniem i bez), odejmowanie (z
przeniesieniem i bez), negacja liczby, zwiększanie i zmniejszanie o
1, AND, OR, NOT, XOR.
25
UCY 74181
• S0-S3 – wejścia sterujące (pozwala wybrać
rodzaj operacji)
• A0-A3 – pierwsza liczba
• B0-B3 – druga liczba
• F0-F3 – wynik operacji
• Cn – przeniesienie z poprzedniego układu
• Vcc – napięcie zasilania
• GND – masa zasilania
• M – wybór trybu pracy (matematyczny
lub logiczny)
• Cn+4 - przeniesienie do następnego
układu
• A=B – funkcja komparacji
• P, G – wyjścia pomocnicze
26
Schemat wewnętrzny UCY 74181
27
UCY 74181
28
ALU
29
30