Zoone ukady kombinacyjne Mrek Pudeko Urzdzenia Techniki Komputerowej

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 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 a 0. . . 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=2 n). • Wyjście jest określane przez podanie jego numeru na linie adresowe a 0. . . 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=2 n). • 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=2 n). W zależności od ilości wyjść nazywa się go dekoderem 1 z. N. 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. X 1 X 2 S C 0 0 0 1 1 0 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 • S 0 -S 3 – wejścia sterujące (pozwala wybrać rodzaj operacji) • A 0 -A 3 – pierwsza liczba • B 0 -B 3 – druga liczba • F 0 -F 3 – 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