Пристрої комбінаційної схемотехніки (Використання базових логічних елементів. Мультиплексори. Арифметичні пристрої. Схеми контролю), страница 10

Арифметико-логічні пристрої (АЛП)– це спеціалізовані мікросхеми, які виконують арифметичні та логічні операції у відповідності до двійкового коду, який подається на керуючі входи мікросхеми. Мікросхеми АЛП, що належать до різних серій, – наприклад, ТТЛ (K1533ІП3 (зарубіжні аналоги – 74181PC, SN74181N)), КМОН (564ІП3 (зарубіжні аналоги – 4581BDC, 4581BDM, 4581BFC, GD4581BC, GD4581BDC, HD14581B, MC14581BAL, MC14581BCL, MC14581BCPDS, SCL4581B)), – по своїх функціональних властивостях подібні. Вони призначені для роботи з двома чотирирозрядними двійковими словами. Конкретний вид операції задається п’ятирозрядним керуючим кодом, що подається на входи М0, М1, М2, М3, М4. Як результат, цей пристрій може виконувати 32 різноманітні команди. Вхід М4 задає режим АЛП на виконання 16 логічних (М4 = 1) або 16 арифметичних (М4 = 0) операцій. Допоміжні входи G та Н призначені для використання АЛП в операціях над багаторозрядними словами при одночасному використанні спеціально для цієї мети призначеної мікросхеми К1533ІП4 (її зарубіжні аналоги – DM74182N, FLH411, MC74182N, SN74182N, SN84182N, TL84182N, UCY74182N) і 564ІП4 (4582BDC, 4582BDM, 4582BFC, GD4582BC, GD4582BDC, HD14582B, MC14582BAL, MC14582BCL, MC14582BCP, SCL4582B, SCL4582BC). АЛП призначений для роботи з сигналами як позитивної, так і негативної логіки, що відображається в таблиці станів мікросхеми (Табл. 3.9).

В Табл. 3.9 L та H позначені відповідно низький і високий рівні сигналів, незалежно від типу логіки. Знаки (+) та (–) – знаки арифметичних операцій. Результати арифметичних дій виражені в допоміжному коді. Так як між зворотнім та допоміжним кодами існує однозначний зв’язок, то скрізь, де вказана арифметична дія “–1”, результат на виходах  зчитується в зворотньому коді.

На відміну від суматорів, сигнал переносу на вході і виході є інверсним по відношенню до сигналів на входах А та Е. Сигнали переносу діють лише при виконанні арифметичних операцій. При використанні логічних операцій АЛП всі зазначені в Табл. 3.9 функції виконує порозрядно. Функція переносу діє тільки при виконанні арифметичних дій, але в результатах цих операцій символи АЕ означають операцію І.

Табл. 3.9

Входи вибору функції				Вхід-вихід (негативна логіка)		Вхід-вихід (позитивна логіка)
M3	M2	M1	M0	Логічні функції M = H	Арифметичні дії  M4 = L;  Pi = L	Логічні функції М4 = Н	Арифметичні дії M4 = L; Pi = H
L	L	L	L		A – 1		A
L	L	L	H		A Е – 1
L	L	H	L
L	L	H	H	1	–1	0	–1
L	H	L	L
L	H	L	H
L	H	H	L		A – Е – 1	A(+)Е	A – Е – 1
L	H	H	H
H	L	L	L				A + A Е
H	L	L	H	A(+)Е	A+Е		A + Е
H	L	H	L	Е		Е
H	L	H	H		A Е	A Е	A Е – 1
H	H	L	L	0	A+A	1	A + A
H	H	L	H		A Е+A
H	H	H	L	A Е
H	H	H	H	A	A	A	A – 1

Якщо АЛП використовується в якості компаратора (операція ), то при А = Е на відповідному виході формується сигнал високого рівня. При А ≠ Е відповідний сигнал формується на виході  р_і+1.

Не вдаючись в подробиці роботи АЛП, слід зазначити, що в зв’язку з інтенсивним розвитком мікропроцесорної техніки розглянута схема АЛП в реальній схемотехніці  майже не використовується. Її вивчення має скоріш методичне значення, так як дає можливість практично вивчати ідеологію побудови мікропрограмних автоматів і мікропроцесорів.

3.5. Схеми контролю

Контроль парності

Незважаючи на високу надійність та перешкодостійкість цифрових систем передачі інформації, вірогідність виникнення похибок завжди існує. Тому всі високонадійні канали передачі інформації забезпечуються допоміжними схемами, які дають можливість впевнитись в відсутності похибок. В будь-якій структурі каналу передачі інформації з контролем похибок повинна бути надмірність каналу. Наприклад, якщо передається код 0101₂ = 5₁₀ і на виході каналу з’являється 1101₂ = 13₁₀, то в загальному плані похибку без спеціальних перевірок визначити неможливо. Але, якщо ми знаємо, що інформація передається в двійково-десятковому коді, то одержаний результат хибний. Тобто, наявність шести надлишкових станів дає можливість виявити деякі похибки.

Простий спосіб визначення похибок в словах, що передаються, базується на припущенні, що найбільша вірогідність збою можлива тільки в одному біті, тобто при появі зайвої одиниці або нуля. Тому для визначення наявності такого збою використовують контроль парності або непарності одиниць в переданому слові (Parity Check). В основі цього способу лежить операція  знаходження суми по модулю 2 всіх двійкових розрядів контрольованого слова. При парній кількості одиниць вказана сума дорівнює 0, а при непарній – 1. Прикладом побудови такого пристрою контролю є схема, що приведена на рис. 3.31.

Сигнал на виході Y визначається наступною логічною функцією:

З аналізу роботи пристрою, схема якого приведена на рис. 3.31, витікає, що при парній кількості одиниць в слові х₃ х₂ х₁ х₀ значення виходу у = 0. При непарній – у = 1. Тому значення Y залежить від сигналу v, який задає режим контролю – контроль парності або контроль непарності.