Многоразрядные сумматоры

Сумматор параллельного действия содержит одноразрядные сумматоры, число которых равно разрядности суммируемых двоичных слов (рис. 4).

Разряды двоичных слов поступают на соответствующие одноразрядные сумматоры. Каждый одноразрядный сумматор формирует выходы суммы S₁-S₄и выходы переноса Р. Перенос передается на вход следующего одноразрядного сумматора более старшего разряда. По цепям переноса сумматоры соединены последовательно. Импульс переноса в каждом сумматоре формируется после того, как будет сформирован и поступит на сумматор перенос из предыдущего разряда. Поэтому быстродействие такого параллельного сумматора с последовательным переносом невысокое. В наихудшем случае перенос может последовательно пройти все сумматоры. Общая задержка сигнала

где τ₁ — задержка распространения в одном сумматоре.

Рис. 4

Повышение быстродействия достигается применением специальных схем сквозного или параллельного формирования переноса.

В результате задержки сигналов в логических элементах и неодновременного прихода сигналов на входы a, b, p сумматоров (задержка переноса) выходной код суммы может принимать в течение коротких интервалов времени ложные значения, не соответствующие входным суммируемым кодам.

Для того, чтобы избежать неопределенных состояний, применяют синхронизирование или стробирование выходных сигналов.

3. Арифметико-логические устройства

Для организации функционирования вычислительного устройства кроме операций сложения необходимо реализовать целый ряд арифметических и логических операций: вычитание, инверсия знака, инкремент, декремент, сдвиг и т.д. Устройство реализующее весь набор арифметических и логических операций в процессоре называется арифметико-логическим устройством (АЛУ). Оно может быть реализовано на основе управляемого сумматора, двух многоразрядных инверторов и двух мультиплексоров. Типовая структура АЛУ приведена на рис.5.

Рис.5. Структурная схема арифметического устройства.

В этой схеме арифметические операнды передаются через две группы четырёхвходовых коммутаторов (мультиплексоров). На входы мультиплексоров поступают прямые и инверсные значения разрядов чисел-операндов, а так же логический ноль и логическая единица. Этот набор необходим для выполнения различных операций над числами. Прямой и инверсный операнды используются для реализации арифметического сложения или вычитания. С помощью логических нулей и единиц, можно выполнять операции инкремента, декремента, формирования нуля, единицы и минус единицы на выходе АЛУ.

Управление АЛУ осуществляется с помощью адресных входов MS: К0, К1 - первой группы мультиплексоров и К2, К3 – второй группы. Подавая разные коды на эти входы можно задавать различные операции, выполняемые АЛУ. Для расширения числа возможных операций можно воспользоваться входом переноса PI, имеющимся в сумматоре.

Кроме арифметических операций АЛУ может выполнять поразрядные логические операции, если в сумматор ввести дополнительные элементы способные запрещать и изменять межразрядные переносы внутри сумматора. Управление межразрядными переносами производится по специальному входу M.