12. Арифметические устройства

1. Сумматоры 1.1.1.Сложение

Одной из основных операций, выполняемых ЭВМ, является сложение двоичных чисел. Как и в десятичных числах, 2-е сложение начинается с меньшего разряда. При сложении двух единиц в 2 с/с получаем 0 в младшем разряде и осуществляется перенос 1 в старший разряд (сумма в младшем разряде – S1=0, перенос – P1=1).

Логические устройства, которые выполняют операцию сложения над числами, представленными в 2 с/с, называются двоичными сумматорами.

Сумматор, который выполняет операцию сложения в одном разряде, называется одноразрядным.

1. Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (сумматор по модулю 2)

Одним из простейших устройств, которое выполняет операцию сложения одноразрядных чисел без переноса результата сложения в старший разряд, является логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (сумматор по модулю 2)

2. Полусумматор: Простейшую операцию двоичного сложения, в результате которой получается 0 или 1 выполняет полусумматор

Название полусумматора обусловлено тем, что при сложении двух значений цифр данного разряда не учитывается результат значения цифр предыдущего разряда.

3. Одноразрядный двоичный сумматор

На базе двух полусумматоров строится одноразрядный двоичный сумматор.

4. Вычитание. Операцию вычитания можно привести к операции сложения.

В ЭВМ часто используют следующий порядок вычисления:

1). Отнимаемое число В записывается в обратном коде, разрядность которого должна быть равна разрядности уменьшаемого. Например, от 9 – 5. Число 5, записано четырех разрядным числом 0101, в обратном коде – 1010.

2). К числу записанному, в обратном коде, прибавляют 1 в младшем разряде (1010+1=1011).

3). Полученное число складывается с числом, от которого осуществляется отнимание. Например, 9–5=1001+1010+0001=(1)0100.

4). Отбрасываем цифру старшего (пятого) разряда числа (цифра в скобках) и получаем число 0100 (4).

Компараторами называется устройство, которое служит для сравнения чисел. Компаратор строится на логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ

2. Мультиплексоры, демультиплексоры Мультиплексор – логическое устройство, которые осуществляет последовательный опрос логических состояний большого количества переменных и передает их на один выход. Мультиплексор способен выбирать (селектировать) один из информационных входов (каналов).

Демультиплексор позволяет передавать логический уровень информационного входа на один из его выходов.

3. Запоминающие устройства Одной из основных частей ЭВМ является запоминающее устройство (ЗУ). Оно предназначено для приема (записи), хранения и выдачи (считывания) информации в виде числового кода.

В нем хранятся числа, над которыми должны быть произведены соответствующие действия, а также числа – коды команд, которые определяют характер этих действий.

Основными характеристиками ЗУ является информационная емкость и быстродействие. Информационная емкость ЗУ определяется числом единиц хранимой двоичной информации (бит)

ЗУ по выполняемым функциям делятся на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ).

ПЗУ осуществляют хранение и выдачу постоянно записанной информации (стандартная микропрограммы, табличные значения, константы и т. д.).

В ОЗУ хранятся исходные данные и программы обработки информации.

ОЗУ и ПЗУ состоят из элементов памяти (запоминающих ячеек), которые хранят информацию в двоичном коде. Каждый разряд хранится в отдельной ячейке памяти.

4. Арифметико-логические устройства Арифметико-логические устройства (АЛУ) предназначены для выполнения арифметических и логических операций над числами. АЛУ является основным узлом процессора ЭВМ. Типовыми операциями, которые выполняет большинство АЛУ, является сложение, вычитание, конъюнкция, дизъюнкция, инверсия, сдвиг влево и вправо и т. д.

По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные.

По способу организации на асинхронные и синхронные.