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.

Podział układów kombinacyjnych Układy kombinacyjne Komutatory Konwertery kodów Bloki arytmetyczne Multiplekser Koder Sumator Demultiplekser Dekoder Komparator Transkoder ALU

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.

Układ kontroli parzystości

Bramka trójstanowa

Bramka trójstanowa Wejście Enable Wyjście 1 X Z 1 X Z Enable – wejście blokujące X – dowolny stan Z – stan wysokiej impedancji

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.

Komutatory

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.

Multiplekser

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.

Demultiplekser

Konwertery kodów

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.

Koder

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.

Dekoder

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.

Transkoder

Układy arytmetyczne

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.

Półsumator Półsumator może dodawać dwa liczby jednobitowe. Bit przeniesienia występuje tylko na jednym z wyjść. X1 X2 S C 1 S – funkcja EX-OR C – funkcja AND S – suma C - przeniesienie

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).

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.

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

Schemat wewnętrzny UCY 74181

UCY 74181

ALU