Schem_lc_11

1. Лекция №11 АЛУ. Матричные умножители. Преобразователи кодов. Схемы контроля

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ
Схемотехника ЭВМ
Лекция №11
АЛУ. Матричные умножители.
Преобразователи кодов.
Схемы контроля
Мальчуков Андрей Николаевич
Томск – 2014

2. АЛУ

• Арифметико-логические устройства АЛУ (на англ.
ALU,
arithmetic-logic
unit)
выполняют
над
многоразрядными словами ряд действий.
• Основой АЛУ служит сумматор, схема которого
дополнена логикой, расширяющей функциональные
возможности АЛУ.
• АЛУ работает в двух режимах: выполнение логических
операций и арифметико-логических.
2

3. УГО

• А и В – операнды;
• S – выбор операции;
• М – режим (mode);
логические (1) или
арифметико-логические (0);
• ci – вход переноса;
• F – результат операции;
• c0 – выход переноса;
• G и H – выходы
расширения;
• А=В – выход сравнения на
равенство с открытым
коллектором.
3

4. Операции

S
S3 S2 S1 S0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Логические функции
(М=1)
A
A B
A B
0
A B
B
A B
A B
A B
A B
B
A B
1
A B
A B
A
Арифметико-логические
функции (М=0)
A ci
A B ci
A B ci
1 ci
A AB c i
A B A B ci
A B ci
A B 1 ci
A A B ci
A B ci
A B A B ci
A B 1 ci
A A ci
A B A ci
A B A ci
4
A 1 ci

5. Увеличение разрядности: последовательно

5

6. Увеличение разрядности: последовательно

6

7. Матричные умножители

x
a3b1
+
a3b2 a2b2
a3b3 a2b3 a1b3
P7 P6 P5 P4
a3
b3
a3b0
a2b1
a1b2
a0b3
P3
a2
b2
a2b0
a1b1
a0b2
a1 a0
b1 b0
a1b0 a0b0
a0b1
P2
P1
P0
.
7

8. Множительно-суммирующие блоки

P=Am*Bn+Cm+Dn
m=n=4
перенос
сумма
8

9. Преобразователь прямого кода в обратный и наоборот

x 1 x
x 0 x.
9

10. Преобразователь прямого кода в дополнительный

1)
2)
ai äîï ai ïð (ai-1 ïð ai-2 ïð ... a0 ïð ) çíàê.
10

11. Преобразователь прямого кода в дополнительный и наоборот

11

12. Схемы контроля

• Контроль правильности функционирования устройств
обработки информации (УОИ).
• Неисправное функционирование УОИ может привести
к очень большим финансовым потерям.
• Известен факт, когда из-за сбоя в ОЗУ был потерян
космический
аппарат
(Фобос-Грунт),
стоящий
миллиарды рублей (5 млрд.).
• Отказы – нарушения нормальной работы УОИ из-за
возникновения неисправностей, имеющих постоянный
характер.
• Сбои – нарушения нормальной работы УОИ из-за
проявления неблагоприятных факторов, в частности
помех, которые в дальнейшем могут и не проявиться.
12

13. Предотвращение ошибок в работе УОИ

• Стабилизация условий окружающей среды.
• Применение высококачественных источников питания.
• Применение высоконадежных элементов, в том числе и
переход на ИС большей степени интеграции, которые
имеют более высокую надежность, чем такая же по
функциональным
возможностям
схема,
но
изготовленная из МИС и СИС.
• Но даже при всех этих мерах вряд ли возможно
полностью избавиться от отказов и сбоев.
13

14. Выявление ошибок в работе УОИ

С точки зрения выявления ошибок все устройства и
процессы в УОИ можно разделить на 2 класса.
• Устройства и процессы, в которых информация лишь
передается во времени и пространстве, количество
нулей и единиц и их положение в слове не изменяется
(хранение информации во всех видах запоминающих
устройств, передача данных по шинам и т.д.).
• Устройства, в которых происходит изменение
информации, при этом данные на выходе в принципе
должны отличатся от данных, поступивших на вход.
14

15. Выявление ошибок при вычислениях

• Для контроля правильности функционирования
устройств применяется дублирование устройств.
Несовпадение результатов рассматривается как признак
ошибки.
• Для исправления ошибок используется троекратное
резервирование с выработкой результата путем
голосования с помощью мажоритарных элементов.
• Более экономичные эвристические схемы контроля
отдельных устройств – универсальные методы контроля
с использованием систем остаточных классов, контроль
с использованием вычетов, контроля с использованием
систем счисления с иррациональным основанием.
15

16. Выявление ошибок при передачи

• Контроль по модулю два (чётности/нечётности). каждое
слово дополняется контрольным разрядом, значение
которого подбирается так, чтобы сделать четным
(нечетным) вес каждой кодовой комбинации
n
1)
xn 1 xi mod 2
i 1
n
2)
xn 1 xi mod 2
i 1
16

17. Свёртка по модулю два

17

18. Применение бита паритета

18

19. Модифицированный код Хэмминга

Указатель
ошибки
(синдром)
0
B
B
0
Свертка всей
принятой
Характеристика результата
кодовой
комбинации
0
Ошибки
нет,
слово
можно
использовать
1
Была однократная ошибка, ее
необходимо
исправить,
после
исправления
слово
можно
использовать.
0
Двукратная ошибка или чётная
многократная.
Исправить
её
невозможно. Слово использовать
нельзя.
1
Многократная ошибка нечётной
кратности.
Слово
использовать
19
нельзя.

20. Лекция №11 АЛУ. Матричные умножители. Преобразователи кодов. Схемы контроля

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ
Схемотехника ЭВМ
Лекция №11
АЛУ. Матричные умножители.
Преобразователи кодов.
Схемы контроля
Мальчуков Андрей Николаевич
Томск – 2014

21. Задача

• Разработать функциональную схему преобразователя
последовательного кода в параллельный (12 р.).
Двоичное число сопровождается синхроимпульсами,
поступающими по отдельной линии. По окончанию
приёма выдать сигнал на линию «Окончание приёма».
• Примечание: сигнал на линии «Окончание приёма»
должен появляться после приёма всех 12 разрядов и
держать до приёма следующего двоичного числа. При
начале приёма следующего двоичного числа, сигнал на
линии «Окончание приёма» должен сброситься.
21