Суматор це пристрій, якій виконує операцію арифметичного додавання чисел, які подані у двійковому коді. Відповідно до побудування й виконання операції додавання суматори розподіляють на послідовні й паралельні (комбінаційні). В цьому курсі розглядаються лише послідовні суматори.
Відповідно правил виконання арифметичних операцій в позиційних системах числення, додавання багато розрядних чисел виконується порозрядно, починаючи з молодшого розряду з урахуванням переносу з молодшого розряду. Для реалізації такого алгоритму використовуються напівсуматори й суматори. Напівсуматор використовується для виконання операції додавання без урахування вхідного перенесення, а суматор виконує додавання з урахуванням вхідного перенесення. Напівсуматор й суматор формують результат виконання операції додавання й сигнал перенесення, в разі якщо перенесення відбувається.
Для побудування багаторозрядного комбінаційного суматора напівсуматори об’єднуються таким чином, щоб розряди чисел, які додаються, було включено паралельно, а сигнали перенесення формувалися послідовно від молодшого розряду суматора до наступного по всій схемі. Умовне графічне позначення однорозрядного комбінаційного суматора показано на рис. 1.23a, а об’єднання однорозрядних суматорів для отримання багаторозрядного (4-розрядного) суматора показано на рис. 1.23b.
Рисунок 1.23 – умовне графічне позначення суматора
На рис. 1.23 прийняті такі позначення:
CI – (carry input) вхідне перенесення;
CO – (carry output) вихідне перенесення;
S – (sum) результат додавання (порозрядний);
An , Bn – значення відповідних розрядів двійкових чисел.
Комбінаційний суматор можливо також використовувати для виконання операції віднімання чисел зі знаками, для чого операнди, що надходять на схему, повинні подаватися у доповнювальному коді.
Комбінаційний суматор характеризуэться простотою схеми формування перенесення, але має низьку швидкодію.
Для усунення цього недоліку, можливо використовувати схему суматора з паралельним перенесенням. В такому суматорі додавання виконується як порозрядна операція і вхідне перенесення для кожного старшого розряду формується незалежно від формування перенесення у попередньому молодшому розряді. Для всіх розрядів сигнали перенесення також формуються паралельно. Формування сигналів перенесення відбувається в результаті формування й оброблення додаткових двох сигналів: розповсюдження перенесення (CRP – Carry Propagation) і генерування перенесення (Carry Generation). Затримка отримання суми в такому суматорі складається із однакових значень затримки перенесення для всіх розрядів, які не залежать від кількості розрядів. Слід зазначити, що апаратні затримки в такій схемі швидко зростають відповідно до збільшення кількості розрядів, тому в чистому вигляді такий тип суматора майже не використовується. Для невеликої кількості розрядів (до 8) промисловість випускає спеціальні мікросхеми – схеми прискореного перенесення.
Для прискорення формування сигналів перенесення у суматорах зі значною кількістю розрядів використовується принцип групового перенесення, відповідно до якого розрядна сітка розбивається на декілька груп з однаковою кількістю розрядів у кожній. Кожна група являє собою суматор, усередині якого перенесення може формуватися як послідовно так і паралельно, а перенесення із групи в групу відбувається по тракту міжгрупового перенесення, який може буде побудований як паралельний, так і послідовний. У паралельному тракті перенесення між групами формуються як функції лише доданків. У послідовному тракті сигнал перенесення формується в кожній групі і з виходу молодшої групи надходить на вхід перенесення наступної старшої групи.
Використання паралельного перенесення всередині групи з паралельним перенесенням між групами дозволяє будувати найбільш швидкодіючі суматори з розрядністю 24 – 64 біти. Взагалі, вибір схеми суматора і формування перенесення в кожному випадку виконується за результатами аналізу апаратних витрат і забезпеченням необхідної швидкодії.
Комбінаційні суматори в цифровій техніці використовуються для побудування цифрових компараторів, арифметико-логічних пристроїв тощо.
