Schema de transfer rapid

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 19 februarie 2020; verificările necesită 4 modificări .

Circuitul de transfer accelerat este un circuit logic combinațional care este inclus în unitatea aritmetică și logică a majorității computerelor , microprocesoarelor și microcontrolerelor moderne .

Proiectat pentru formarea în paralel a biților de transport atunci când se adaugă numere binare într-un sumator. Construit de obicei în cascadă, este format din mai multe circuite de transfer accelerat de o capacitate mai mică, de obicei egală cu o putere naturală de 2, dar există și circuite de transfer accelerat cu o singură etapă care generează semnale de transport pentru toți biții unui cuvânt la acelasi timp.

Avantajul acestei scheme este o accelerare semnificativă a operațiilor aritmetice, deoarece nu este nevoie de timp pentru a propaga secvențial transportul prin toți biții din cuvântul mașină, dezavantajul este complexitatea crescută.

Cum funcționează

Condiții:
Carry Lookahead Unit ( CLU ) este o schemă de transport rapid.
Carry Look-ahead Adder ( CLA ) este un circuit de adăugare rapidă.
Propagare de grup ( PG ) este un semnal de propagare de grup.
Group generate ( GG ) - semnal de grup pentru a genera o transportare.

Când se utilizează circuitul de transport accelerat ( LCU ), fiecare bit unic al sumatorului generează un semnal de generare a transportului ( ) și un semnal de propagare a transportului ( ). $g_{n}$ $p_n$

Schema pe 4 biți

Cifrele unice ale sumatorului sunt combinate în grupuri de patru cifre individuale în fiecare grup. Circuitul de transfer accelerat generează semnalele de transfer GG și GG . $C_{1},C_{2},C_{3},C_{4},$

Expresie booleană pentru transport într-un bit:

C_{i+1}=a_{i}\cdot b_{i}+(a_{i}\oplus b_{i})C_{i}=G_{i}+P_{i}\cdot C_ {i}

, Unde

G_{i}=a_{i}\cdot b_{i)

P_{i}=a_{i}\oplus b_{i}

Aici, punctul ( ) înseamnă ȘI logic ( ȘI ), semnul de adăugare (+) înseamnă SAU logic ( SAU) , iar simbolul pentru adunare modulo 2 este SAU EXCLUSIV ( XOR ) $\cdot$ $\oplus$

Pentru cratime din patru cifre:

C_{1}=G_{0}+P_{0}\cdot C_{0}

C_{2}=G_{1}+P_{1}\cdot C_{1}

C_{3}=G_{2}+P_{2}\cdot C_{2}

C_{4}=G_{3}+P_{3}\cdot C_{3}

Înlocuind în , apoi în , apoi în obținem expresiile finale: $C_{1}$ $C_{2}$ $C_{2}$ $C_{3}$ $C_{3}$ $C_{4}$

C_{1}=G_{0}+P_{0}\cdot C_{0}

C_{2}=G_{1}+G_{0}\cdot P_{1}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{1}

C_{3}=G_{2}+G_{1}\cdot P_{2}+G_{0}\cdot P_{1}\cdot P_{2}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{1}\cdot P_{2}

C_{4}=G_{3}+G_{2}\cdot P_{3}+G_{1}\cdot P_{2}\cdot P_{3}+G_{0}\cdot P_{1}\cdot P_{2}\cdot P_{3}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{1}\cdot P_{2}\cdot P_{3}

Semnalul grupului de generare a transportului și semnalul grupului de propagare a transportului sunt generate după cum urmează: $GG$ $PG$

PG=P_{0}\cdot P_{1}\cdot P_{2}\cdot P_{3)

GG=G_{3}+G_{2}\cdot P_{3}+G_{1}\cdot P_{3}\cdot P_{2}+G_{0}\cdot P_{3}\cdot P_{2}\cdot P_{1}

Circuitul de transfer rapid pe 4 biți este disponibil în versiuni integrate, de exemplu: SN74182 ( TTL ), MC10179 ( ESL ) și MC14582, 564IP4 [1] (realizat folosind tehnologia CMOS ).

Schema pe 16 biți

Un sumator de 16 biți poate fi creat prin combinarea a patru sumatori de 4 biți cu patru circuite de transport accelerate (CLA Adder de 4 biți), suplimentat de un al cincilea circuit de transport accelerat, care este utilizat pentru a procesa semnalele GG de generare de transport și propagare de transport PG .

Transferați semnalele de propagare primite la intrare ( ) și semnalele generate de fiecare dintre cele patru scheme ( GG ). Apoi, circuitul de transfer rapid generează semnale corespunzătoare. $PG$

Să presupunem că acestea sunt semnale PG și acesta este GG al i- lea , atunci biții de ieșire sunt setați după cum urmează: $P_{i}$ $G_{i}$

C_{4}=G_{0}+P_{0}\cdot C_{0}

C_{8}=G_{4}+P_{4}\cdot C_{4}

C_{12}=G_{8}+P_{8}\cdot C_{8}

C_{16}=G_{12}+P_{12}\cdot C_{12}

Înlocuind mai întâi în , apoi în , apoi în obținem următoarea expresie: $C_{4}$ $C_{8}$ $C_{8}$ $C_{12}$ $C_{12}$ $C_{16}$

C_{4}=G_{0}+P_{0}\cdot C_{0}

C_{8}=G_{4}+G_{0}\cdot P_{4}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{4}

C_{12}=G_{8}+G_{4}\cdot P_{8}+G_{0}\cdot P_{4}\cdot P_{8}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{4}\cdot P_{8}

C_{16}=G_{12}+G_{8}\cdot P_{12}+G_{4}\cdot P_{8}\cdot P_{12}+G_{0}\cdot P_{4}\cdot P_{8}\cdot P_{12}+C_{0}\cdot P_{0}\cdot P_{4}\cdot P_{8}\cdot P_{12}

$C_{4}$ generează în consecință un bit de transport la intrarea celui de-al doilea circuit; la intrarea celui de-al treilea; la intrarea celui de-al patrulea; și generează un bit de overflow. $C_{8}$ $C{12}$ $C_{16}$

În plus, puteți specifica semnale de propagare și generare de transport pentru schema de transport accelerată:

P_{LCU}=P_{0}\cdot P_{4}\cdot P_{8}\cdot P_{12}

G_{LCU}=G_{12}+G_{8}\cdot P_{12}+G_{4}\cdot P_{12}\cdot P_{8}+G_{0}\cdot P_{12}\cdot P_{8}\cdot P_{4}

Schema pe 64 de biți

Combinând cele patru circuite de adunare și circuitul de transport rapid împreună, obținem un adunator de 16 biți. Patru astfel de blocuri pot fi combinate într-un agregator de 64 de biți. Sunt necesare circuite suplimentare de transport accelerat (al doilea strat) pentru a recepționa semnalele de propagare a transportului ( ) și generare de transportare ( ) de la fiecare circuit sumator. $P_{LCU}$ $G_{LCU}$

Avantaje și dezavantaje

Avantaje:

De mare viteză.

Defecte:

Costuri mari de echipamente

Schemele de modelare a transferului paralel au un avantaj semnificativ de viteză față de schemele de transfer secvenţial .

Vezi și

Sumator

Literatură

Tietze U., Shenk K. Capitolul 19. Circuite logice combinate. 19.5 Totalizatoare. 19.5.3. Adders cu transfer paralel // Circuite semiconductoare = Halbleiter-Schaltungstechnik / Per. cu el. G. Karabaşev. - Dodeka XXI, 2008. - 1784 p. - (Circuit). - 3000 de exemplare. - ISBN 978-5-94120-200-3 , 978-5-94120-201-0, 3-540-42849-6.

Link -uri

↑ Handbook of Low Frequency Digital CMOS Chips. IP4 - schema de transfer accelerat 564IP4 = MC14582A http://www.rlocman.ru/comp/koz/cd/cdh39.htm Arhivat 11 decembrie 2011 pe Wayback Machine