При сложении чисел с фиксированной точкой в рассматриваемой схеме загрузка РгВ происходит от Рг2 ввиду того, что связь от ШИВх к Рг2 и далее к РгВ должна существовать из-за необходимости реализации умножения. Сумма частичных произведений заносится в РгВ не непосредственно из РгСм, а через РгЗ, так как загрузка РгЗ необходима при выполнении сложения чисел с плавающей точкой и т. п.
Операции двоично-десятичной арифметики в данном АЛУ производятся при помощи двоично-десятичного сумматора СмДес и побайтной организации обработки.
При выполнении операций над числами с плавающей точкой используются двоичный сумматор См и схема СОЛО. При сложении (вычитании) чисел с плавающей точкой первое слагаемое (уменьшаемое) поступает на входной регистр Рг1, второе (вычитаемое) — на входной регистр РгЗ. Знаки слагаемых хранятся в триггерах знаков ТгЗн1 и ТгЗн2. Смещенные порядки слагаемых пересылаются в регистры РгС и РгД. Схема СОЛО применяется для сравнения и выравнивания порядков слагаемых. Сумматор См, его входные регистры РгА и РгВ и выходной регистр РгСм используются при сложении (вычитании) мантисс, а также при передаче мантисс со сдвигом в процедурах выравнивания порядков и нормализации результата.
Выравнивание порядков производится следующим образом. Смещенный порядок числа X из РгЗ передается в регистр РгД и в выполняющий роль РгСОЛО
счетчик РгСч, соединенный с выходом СОЛО. Затем в РгС передается смещенный порядок числа У. После этого начинается сравнение порядков чисел X и У на СОЛО и сдвиг мантиссы числа с меньшим порядком вправо, при этом значение смещенного порядка У меняется до тех пор, пока он не станет равным
смещенному порядку X. Порядок Z берется равным большему порядку слагаемых.
Чтобы не делать лишних сдвигов мантиссы, превратившейся в процессе выравнивания порядка в 0, на счетчике циклов СчЦ фиксируется предельное число сдвигов, равное числу цифр мантиссы. При выполнении сдвига на один разряд мантиссы содержимое СчЦ уменьшается на 1. При СчЦ = 0 сдвиги прекращаются и в качестве результата берется большее слагаемое. После выравнивания порядков осуществляется сложение мантисс и (при необходимости) нормализация результата.
При умножении чисел с плавающей точкой используются сумматор См, регистр Рг1 для хранения множимого, регистры Рг2 и Рг2' для приема и сдвига множителя в процессе умножения мантисс, регистр РгА, используемый для передачи на сумматор смещенного порядка множимого при суммировании порядков и для передачи на сумматор мантиссы множимого при умножении мантисс, регистр РгВ, служащий для передачи на сумматор смещенного порядка множителя при суммировании порядков и для хранения текущей суммы частичных произведений при умножении мантисс, выходной регистр сумматора РгСм, фиксирующий результаты суммирований, счетчик РгСч1, хранящий смещенный порядок произведения, триггеры знаков сомножителей ТгЗн1 и ТгЗн2.
При выполнении деления чисел с плавающей точкой используются сумматор См, регистры Рг1 и Рг2 для приема соответственно делителя и делимого, регистры РгА и РгВ для хранения смещенных порядков делителя и делимого и для хранения мантиссы делителя и частичного остатка при получении мантиссы частного, счетчик Сч1 для хранения смешенного порядка частного, регистры Рг2 и Рг21 для хранения цифровых разрядов мантиссы частного, триггеры знаков делимого и делителя ТгЗн1 и ТгЗн2. Рассмотренное АЛУ можно считать типичным для ЭВМ общего назначения средней производительности.
3 Выбор элементной базы
Для того чтобы построить принципиальную схему нужно выбрать элементную базу и технологию производства интегральных микросхем (ИМС).
На данный момент есть несколько технологий производства интегральных микросхем: Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ), МОП транзисторная логика (МОПТЛ), эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ), интегральная инжекционная логика (И2 Л). Каждая из технологий имеет свои достоинства и недостатки, которые рассматриваются ниже.
Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и транзисторно-транзисторная логика с диодом Шоттки (ТТЛШ).
Достоинства: высокое быстродействие, обширная номенклатура, хорошая помехоустойчивость.
Недостатки: микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.
МОП транзисторная логика (МОПТЛ).
МОП (МДП) – металл-окисел (диэлектрик) - полупроводник.
Достоинства: большая помехоустойчивость, т.к. высокий логический перепад; высокая нагрузочная способность, т.к. схема имеет большое выходное сопротивление (Rвых); высокая степень интеграции, т.к. нет изолирующих каналов.
Недостаток: низкое быстродействие, т.к. Cн заряжается через большое сопротивление.
МОП транзисторная логика на комплиментарных ключах (КМОПТЛ)
Достоинства: выше быстродействие, т.к. Сн заряжается через открытый транзистор; КМОП - схема характеризуется весьма малым потребляемым током (а, следовательно, и мощности) от источника питания; меньше напряжение питания (Uпит).
Недостаток: быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.
Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
Достоинства: высокое быстродействие; применение на выходах эмиттерных повторителей обеспечивает ускорение процесса перезарядки ёмкостей, подключённых к выходам; транзисторы включены по схеме, близкой к схеме включения с общей базой, что улучшает частотные характеристики транзисторов и ускоряет процесс их переключения; на выходах стоят эмиттерные повторители и, следовательно, увеличивается нагрузочная способность; широкие логические возможности, т.к. схема имеет два выхода.
Недостатки: большая потребляемая мощность, т.к. в схеме переключаются большие токи; сравнительно низкая помехоустойчивость элемента, т.к. выбран малый перепад логических уровней U1 – U0 = 0,8.
Интегральная инжекционная логика (И2 Л).
Достоинства: используется пониженное напряжение (»1 В); малая потребляемая мощность, т.к. в схеме протекает ток мкА, а Uпит =1 В; обеспечивают высокую степень интеграции (нет изоляционных карманов); при изготовлении схем И2 Л используется те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов; обеспечивают возможность обмена в широких пределах мощности на быстродействие (можно изменять на несколько порядков потребляемую мощность, что соответственно приведёт к изменению быстродействия); хорошо согласуются с элементами ТТЛ.
Недостатки: не большая помехоустойчивость, т.к. логический перепад 0,5¸0,8 В; быстродействие ниже, чем в схемах ЭСЛ.
В данном курсовом проекте выбраны ИМС ТТЛ и ТТЛШ – технологии серии К155 и К555, т.к. они лучше всего подходят по основным параметрам (потребляемая мощность, быстродействие, нагрузочная способность) для данной схемы.
Для курсового проектирования выбраны следующие интегральные микросхемы:
К155ИМ3, КМ155ИМ3
Микросхема представляет собой четырехразрядный (двоичный) полный сумматор. Содержит 781 интегральный элемент. Корпус типа 238.16-2, масса не более 2 г. и типа 201.16-6, масса не более 2,5 г (рисунок 3.1).
