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.

2

Podział układów

kombinacyjnych

3

Układy kombinacyjne

Komutator

y

Konwertery

kodów

Bloki

arytmetyczne

Multiplekser

Demultipleks

er

Koder

Dekoder

Sumator

Komparato

r

ALU

Transkoder

Układ kontroli parzystości

4

• 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 10111101

2

ma parzystą liczbę jedynek, więc bit

parzystości wynosi 0. Wiadomość z dołączonym bitem
parzystości to 101111010

2

.

• Wiadomość 01110011

2

ma nieparzystą liczbę jedynek, więc bit

parzystości wynosi 1. Wiadomość z dołączonym bitem
parzystości to 011100111

2

.

Układ kontroli parzystości

5

Bramka trójstanowa

6

Bramka trójstanowa

7

Wejście

Enable

Wyjście

0

0

0

1

0

1

X

1

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.

8

Komutatory

9

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 x

i

na wyjście y. Numer i

wejścia jest podawany na linie adresowe a

0

... a

n-1

.

10

Multiplekser

11

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=2

n

).

• Wyjście jest określane przez podanie jego numeru na

linie adresowe a

0

... a

n-1

. Na pozostałych wyjściach jest

stan zera.

• Jeśli na wejście strobujące (blokujące, ang. strobe) S

podane zostanie logiczne zero, to wszystkie wyjścia y

i

przyjmują zero.

12

Demultiplekser

13

Konwertery kodów

14

Koder

• Koder to układ zamieniający kod 1 z k na

naturalny kod binarny.

• Koder posiada k wejść oraz n wyjść (k=2

n

).

• Koder priorytetowy − jest to układ w którym

kodem wejściowym jest kod x z n oraz jest
ustalony priorytet poszczególnych wejść.

15

Koder

16

Dekoder

• Dekoder zamienia naturalny kod binarny na kod 1

z k. działa odwrotnie do kodera.

• Dekoder posiada n wejść oraz k wyjść (k=2

n

). W

zależności od ilości wyjść nazywa się go
dekoderem 1zN.

17

Dekoder

18

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.

19

Transkoder

20

Układy arytmetyczne

21

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.

22

Półsumator

• Półsumator może dodawać dwa liczby jednobitowe.

Bit przeniesienia występuje tylko na jednym z wyjść.

23

X

1

X

2

S

C

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

S – suma
C - przeniesienie

S – funkcja EX-OR
C – funkcja AND

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).

24

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.

25

UCY 74181

•S

0

-S

3

– wejścia sterujące (pozwala

wybrać rodzaj operacji)

•A

0

-A

3

– pierwsza liczba

•B

0

-B

3

– druga liczba

•F

0

-F

3

– wynik operacji

•C

n

– przeniesienie z poprzedniego

układu

•Vcc – napięcie zasilania
•GND – masa zasilania
•M – wybór trybu pracy

(matematyczny lub logiczny)

•C

n+4

- przeniesienie do następnego

układu

•A=B – funkcja komparacji
•P, G – wyjścia pomocnicze

26

Schemat wewnętrzny UCY

74181

27

UCY 74181

28

ALU

29

30