Міністерство освіти і науки України НТУУ “КПІ ім. Ігоря Сікорського” Теплоенергетичний факультет Кафедра автоматизації проектування енергетичних процесів і систем Комп’ютерна схемотехніка Звіт до лабораторної роботи №4 “Типові синхронні ЦП та суматори” Варіант 16 Дата: 14 Листопада 2021  Мета роботи: Закріплення знань і отримання практичних навичок проектування та синтезу на базі ПЛІС типових синхронних ЦП та суматорів в заданому елементному базисі. Постановка задачі В результаті виконання даної практичної роботи студент повинен вміти: проектувати та синтезувати на базі ПЛІС регістри (RG), лічильники та суматори (SM) в заданому елементному базисі; створювати та використовувати допоміжні бібліотечні модулі; призначати входи/виходи ЦП виводам мікросхеми ПЛІС; проводити функціональне моделювання типових синхронних ЦП і суматорів та моделювання з урахуванням часових параметрів мікросхем ПЛІС; Теоретичні відомості Сумматор и полусумматор Арифметико-логическое устройство процессора (АЛУ) обязательно содержит в своем составе такие элементы как сумматоры. Эти схемы позволяют складывать двоичные числа. Как происходит сложение? Допустим, требуется сложить двоичные числа 1001 и 0011. Сначала складываем младшие разряды (последние цифры): 1+1=10. Т.е. в младшем разряде будет 0, а единица – это перенос в старший разряд. Далее: 0 + 1 + 1(от переноса) = 10, т.е. в данном разряде снова запишется 0, а единица уйдет в старший разряд. На третьем шаге: 0 + 0 + 1(от переноса) = 1. В итоге сумма равна 1100. Полусумматор Теперь не будем обращать внимание на перенос из предыдущего разряда и рассмотрим только, как формируется сумма текущего разряда. Если были даны две единицы или два нуля, то сумма текущего разряда равна 0. Если одно из двух слагаемых равно единице, то сумма равна единице. Получить такие результаты можно при использовании вентиля ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ. Перенос единицы в следующий разряд происходит, если два слагаемых равны единице. И это реализуемо вентилем И. Тогда сложение в пределах одного разряда (без учета возможной пришедшей единицы из младшего разряда) можно реализовать изображенной ниже схемой, которая называется полусумматором. У полусумматора два входа (для слагаемых) и два выхода (для суммы и переноса). На схеме изображен полусумматор, состоящий из вентилей ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и И. / Сумматор В отличие от полусумматора сумматор учитывает перенос из предыдущего разряда, поэтому имеет не два, а три входа. Чтобы учесть перенос приходится схему усложнять. По-сути она получается, состоящей из двух полусумматоров. / Рассмотрим один из случаев. Требуется сложить 0 и 1, а также 1 из переноса. Сначала определяем сумму текущего разряда. Судя по левой схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, куда входят a и b, на выходе получаем единицу. В следующее ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ уже входят две единицы. Следовательно, сумма будет равна 0. Теперь смотрим, что происходит с переносом. В один вентиль И входят 0 и 1 (a и b). Получаем 0. Во второй вентиль (правее) заходят две единицы, что дает 1. Проход через вентиль ИЛИ нуля от первого И и единицы от второго И дает нам 1. Проверим работу схемы простым сложением 0 + 1 + 1 = 10. Т.е. 0 остается в текущем разряде, и единица переходит в старший. Следовательно, логическая схема работает верно. Работу данной схемы при всех возможных входных значениях можно описать следующей таблицей истинности. / Сумматоры групповой структуры В сумматорах групповой структуры схема с разрядностью n делится на ℓ групп по m разрядов (n = ℓm). В группах и между ними возможны различные виды переносов, что порождает варианты групповых сумматоров. Сумматор с цепным переносом. Групповой сумматор с цепным переносом при ℓ группах имеет ℓ – 1 блок переноса. Блоки переноса включены последовательно и образуют тракт передачи переноса (рис. 2.38). Слагаемые разбиты на m-разрядные поля, суммируемые в группах. Результат также составляется из m-разрядных полей. / Рис. 2.38. Схема группового сумматора с цепным переносом Блок...