Суматори визначення, класифікація, рівняння, структури та застосування

Основною елементарною операцією, що виконується над кодами чисел у цифрових пристроях, є арифметичне додавання.

Суматор логічнийопераційний вузол, що виконуєарифметичнескладання кодів двох чисел. При арифметичному додаванні виконуються й інші додаткові операції: облік знаків чисел, вирівнювання порядків доданків тощо. Зазначені операції виконуються в арифметично-логічних пристроях (АЛП) або процесорних елементах, ядром яких є суматори.

Суматори класифікують за різними ознаками.

Залежно від системи численнярозрізняють:

двійково-десяткові (загалом двійково-кодовані);

інші (наприклад, амплітудні).

За кількістю одночасно оброблюваних розрядів чисел, що складаються:

За кількістю входів та виходів однорозрядних двійкових суматорів:

чвертьсуматори (елементи "сума за модулем 2"; елементи "що виключає АБО"), що характеризуються наявністю двох входів, на які подаються два однорозрядні числа, і одним виходом, на якому реалізується їх арифметична сума;

напівсуматори, що характеризуються наявністю двох входів, на які подаються однойменні розряди двох чисел, і двох виходів: на одному реалізується арифметична сума в даному розряді, а на іншому перенесення до наступного (старший розряд);

повні однорозрядні двійкові суматори, що характеризуються наявністю трьох входів, на які подаються однойменні розряди двох чисел, що складаються, і перенесення з попереднього (молодшого) розряду, і двома виходами: на одному реалізується арифметична сума в даному розряді, а на іншому перенесення в наступний (старший)розряд).

За способом подання та обробки чисел, що складаютьсябагаторозрядні суматори поділяються на:

послідовні, в яких обробка чисел ведеться по черзі, розряд за розрядом на тому самому обладнанні;

паралельні, в яких доданки складаються одночасно за всіма розрядами, і для кожного розряду є своє обладнання.

Паралельний суматор у найпростішому випадку є n однорозрядних суматорів, послідовно (від молодших розрядів до старших) з'єднаних ланцюгами переносу. Однак така схема суматора характеризується порівняно невисокою швидкодією, так як формування сигналів суми і перенесення в кожному i-му розряді проводиться лише після того, як надійде сигнал перенесення з (i-1)-го розряду. Таким чином, швидкодія суматора визначається часом поширення сигналу ланцюга переносу. Зменшення цього часу основне завдання при побудові паралельних суматорів.

Для зменшення часу поширення сигналу переносу застосовують:конструктивні рішення, коли використовують у ланцюзі переносу найбільш швидкодіючі елементи; ретельно виконують монтаж без довгих провідників та паразитних ємнісних складових навантаження та (найчастіше) структурні методи прискорення проходження сигналу переносу.

За способом організації міжрозрядних переносів паралельні суматори, що реалізують структурні методи, поділяють на суматори:

з послідовним перенесенням;

з паралельним перенесенням;

із груповою структурою;

із спеціальною організацією ланцюгів перенесення.

суматори з наскрізним переносом, у яких між входом та виходом перенесення однорозрядного суматора виявляється найменша кількість логічних рівнів [1];

суматори здвопровідною передачею сигналів перенесення [1, 2];

суматори з умовним перенесенням (варіант суматора з груповою структурою, що дозволяє зменшити час підсумовування у 2 рази зі збільшенням обладнання у 1,5 раза) [3];

асинхронні суматори, що виробляють ознаку завершення операції підсумовування, при цьому середній час підсумовування зменшується, оскільки воно суттєво менше максимального.

Суматори, які мають постійний час, що відводиться для підсумовування, незалежне від значень доданків, називають синхронними.

За способом виконання операції складання та можливості збереження результату складанняможна виділити три основні види суматорів:

комбінаційний, що виконує мікрооперацію "S = A плюс B", в якому результат видається в міру його утворення (це комбінаційна схема у загальноприйнятому значенні слова);

суматор із збереженням результату "S = A плюс B";

накопичує, що виконує мікрооперацію "S = S плюс B".

Останні дві структури будуються або на рахункових тригерах (зараз практично не використовуються), або за структурою "комбінаційний суматор регістр зберігання" (зараз найбільш вживана схема).

Найважливішими параметрами суматорівє:

статичні параметри: Uвх, Uвх, Iвх і таке інше, тобто звичайні параметри інтегральних схем;

динамічні параметри. Суматори характеризуються чотирма затримками розповсюдження:

від подачі вхідного перенесення до встановлення всіх виходів суми при постійному рівні на всіх входах доданків;

від одночасної подачі всіх доданків до встановлення всіх виходів суми при постійному рівні на вході перенесення;

від подачі вхідного перенесення до встановлення вихідного перенесення при постійному рівнівходи доданків;

від подачі всіх доданків до встановлення вихідного перенесення при постійному рівні на входах доданків.

---