четырех функций одинаковой сложности. Для простых функций ограничивающим фактором является число входных переменных, для более сложных — вентили И и ИЛИ.
Рис. 3.14. Программируемая логическая матрица с 12 входами и 6 выходами. Маленькие квадратики — плавкие перемычки, выжигаемые для получения нужной функции. Плавкие перемычки упорядочиваются в двух матрицах, верхняя матрица — для вентилей И, нижняя —
для вентилей ИЛИ
Хотя матрицы, программируемые в эксплуатационных условиях, все еще используются, предпочтение отдается матрицам, которые изготавливаются на заказ. Они разрабатываются заказчиком и выпускаются производителем в соответствии с запросами заказчика. Такие программируемые логические матрицы гораздо дешевле.
А теперь мы можем обсудить три разных способа воплощения таблицы истинности, приведенной на рис. 3.3, а. Если в качестве компонентов использовать МИС, нам потребуются 4 микросхемы. С другой стороны, мы можем обойтись одним мультиплексором, построенном на СИС, как показано на рис. 3.11, б. Наконец, мы можем использовать лишь четвертую часть программируемой логической матрицы. Очевидно, если необходимо вычислять много функций, использование программируемой логической матрицы более эффективно, чем применение двух других методов. Для простых схем предпочтительнее более дешевые МИС и СИС.
Арифметические схемы
Перейдем от СИС общего назначения к комбинаторным схемам СИС, которые используются для выполнения арифметических операций. Мы начнем с простой 8-разрядной схемы сдвига, затем рассмотрим структуру сумматоров и, наконец, изучим арифметико-логические устройства, которые играют существенную роль в любом компьютере.
Схемы сдвига
Первой арифметической схемой СИС, которую мы рассмотрим, будет схема сдвига, содержащая 8 входов и 8 выходов (рис. 3.15). Восемь входных битов подаются на линии Д),£)7. Выходные данные, которые представляют собой входные данные, сдвинутые на 1 бит, поступают на линии 5о, 57. Линия управления С определяет направление сдвига: 0 — влево, 1 — вправо.
Рис. 3.15. Схема сдвига
Чтобы понять, как работает такая схема, рассмотрим пары вентилей И (кроме крайних). Если С = 1, правый член каждой пары включается, пропуская через себя соответствующий бит. Так как правый вентиль И соединен с входом
вентиля ИЛИ, который расположен справа от этого вентиля И, происходит сдвиг вправо. Если С = О, включается левый вентиль И из пары, и тогда происходит сдвиг влево.
Сумматоры
Компьютер, который не умеет складывать целые числа, практически немыслим. Следовательно, схема выполнения операций сложения является существенной частью любого процессора. Таблица истинности для сложения одноразрядных целых чисел показана на рис. 3.16, а. Здесь имеется два результата: сумма входных переменных А и В и перенос на следующую (левую) позицию. Схема для вычисления бита суммы и бита переноса показана на рис. 3.16, б. Такая схема обычно называется полусумматором.
Рис. 3.16. Таблица истинности для сложения одноразрядных чисел (а); схема
полусумматора (б)
Полусумматор подходит для сложения битов нижних разрядов двух многобитовых слов. Однако он не годится для сложения битов в середине слова, потому что не может осуществлять перенос в эту позицию. Поэтому необходим полный сумматор (рис. 3.17). Из схемы должно быть ясно, что полный сумматор состоит из двух полусумматоров. Сумма равна 1, если нечетное число переменных Л, Б и вход переноса принимает значение 1 (то есть, если единице равна или одна из переменных, или все три). Выход переноса принимает значение 1, если либо А и В одновременно равны 1 (левый вход в вентиль ИЛИ), либо один из них равен 1 и вход переноса также равен 1. Два полусумматора порождают и биты суммы, и биты переноса.