Elektronika cyfrowa i mikroprocesory Wykład 6

Bloki funkcjonalne

Bloki funkcjonalne - symbol Sygnały wejściowe dzielimy na D – dane wejściowe (informacyjne) S – sygnały sterujące Sygnały wyjściowe dzielimy na F – dane wyjściowe (informacyjne) R – sygnały kontrolne X=DS, Y=FR BF D S F R X Y

Bloki funkcjonalne Składa się z pewnej liczby elementów kombinacyjnych i/lub sekwencyjnych Realizuje jedną lub więcej funkcji zależnie stanu od wejść sterujących Dla jednego stanu wejść sterujących tylko jedna funkcja – mikrooperacja Dla układów sekwencyjnych pojedyncza mikrooperacja wykonywana jest w czasie pojedynczego cyklu taktującego Stan linii sterujących nazywany jest mikrorozkazem

Blok funkcjonalny Wiele bloków dostępnych jest jako gotowe układy scalone serii TTL 74xxx multipleksery: 74151, 74257, 74258 demultipleksery 74137, 74138, 74238 dekodery/kodery 7442, 7447 sumatory 7483, 74183, 74283

Komparatory – realizacja na bramkach XNOR i bramki AND

Komparatory – realizacja na bramkach XOR i bramki NOR

Komparatory

Komparator 74x85

Łączenie komparatorów - szeregowo

Łączenie komparatorów - równolegle

Sumatory - rodzaje Sumatory dwójkowe (binarne) Sumatory dziesiętne (BCD) Sumowanie liczb bez znaku lub ze znakiem Sumatory liczb całkowitych i ułamkowych Sumatory liczb zmiennoprzecinkowych

Sumatory - podstawowy Sumator binarny jednobitowy Półsumator Sumowanie bitów p i q Wynik suma: f i przeniesienie c p + q = f + 2c p + q = f  c2 f = p  q c = pq

Budowa półsumatora

Sumowanie liczb wielobitowych Układ sumuje p i q oraz przeniesienie c z poprzedniej pozycji pi + qi + ci = fi  ci+1 f = p  q  c c = pq  c(p  q )

Sumator – tablice Karnaugh

Realizacja z półsumatorów

Sumatory Sumator jednobitowy z przeniesieniami Wykonanie z półsumatorów proste ale powolne Praktycznie realizuje się bezpośrednim układem kombinacyjnym Sumator wielobitowy przez połączenie równoległe z szeregowym przeniesieniem połączenie równoległe z przeniesieniem równoległym

Sumator równoległy z szeregowym przeniesieniem

Sumator równoległy z przeniesieniem równoległym

Blok generacji przeniesień Układ kombinacyjny działa tylko na podstawie danych wejściowych P i Q Tworzy wektor przeniesień C ci+1 = piqi  ci (pi  qi ) Realizacja praktyczna – układy 74x83 – propagacja przeniesień szeregowa 74x283 – propagacja przeniesień równoległa

Sumator 74x283 – symbol i budowa

Odejmowanie i dodawanie ze znakiem Wykorzystanie sumatorów „normalnych” Wcześniejsza konwersja liczby na kod U2 (uzupełnienia do 2) Bit przeniesienia zawiera znak Konwersja przez bramki XOR

Sumowanie liczb ze znakiem

Sumatory dziesiętne BCD Wykorzystanie tylko 10 z 16 możliwych stanów Maksymalna wartość liczby wejściowej to 10012 Wynik w zakresie 0 do 19 Dodawanie liczby „6” do wyniku Korekta dla stanów niedozwolonych układem kombinacyjnym i dodatkowym sumatorem

Wykrywanie konieczności korekty – tablica Karnaugh

Sumator BCD - realizacja

Układy ALU Gotowe układy scalone Realizowanie kilku funkcji (mikrorozkazów) Przykład 74x382 Czas odpowiedzi 7 ns dla wersji „F” Realizowane mikrorozkazy Dodawanie Odejmowanie Suma binarna (OR) Iloczyn binarny (AND) Suma rozłączna (XOR)

Układ ALU 74x382

Multiplikatory Multiplikatory równoległe – liczby mnożone są równocześnie na wszystkich bitach Zaleta – szybkość Wada – komplikacja Multiplikatory równoległe – jedna z liczb jest podawana równolegle, druga szeregowo Układ sekwencyjny Dłuższy czas realizacji rozkazu

Multiplikatory Najprostsza realizacja poprzez pamięć stałą (tabliczka mnożenia) Wymagania: Liczby 8 bitowe M=28 x 8(bitów) = 256x8 = 2048 bitów Liczby 16 bitowe M=216 x 16 (bitów) = 65536x8 = 1048576 bitów Liczby 32 bitowe M=??? Wada – stosunkowo wolny czas propagacji – dla typowej pamięci ROM 100 ns

Multiplikatory - przykład Prosty układ mnożący w postaci kombinacyjnej Mnożenie liczb binarnych P, Q – 4 bitowe liczby wejściowe P =  pi 2i Q =  qi 2i F = P·Q = ij pi qj 2i+j

Multiplikatory - przykład

Multiplikatory - przykład Otrzymujemy 16 iloczynów piqj (iloczyny binarne – czyli bramka AND) Konieczne jest 12 sumatorów jednobitowych Ogólnie multiplikator mnożący liczby m i n bitowe potrzebuje: (m-1)n – sumatorów m·n – bramek AND

Multiplikatory - przykład

Multiplikatory – realizacje tablicowo sumacyjne Mieszany – rozkładanie liczby na mniejsze i mnożenie tablicowe oraz sumowanie sum częściowych Przykład P = P1  P2 = P1 2r + P2 Q = Q1  Q2 = Q1 2s + Q2 F = PQ = (P1 2r + P2)(Q1 2s + Q2)

Multiplikatory – realizacja (przykład)

Multiplikatory – MC14554

Multiplikatory – MC14554

Pytania i uwagi

Zapraszam za tydzień