Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 128
Текст из файла (страница 128)
Мы добились своего! А можно ли еще уменьшить число термов-произведений так, чтобы вписаться в ИС 16ЧЗ, сохранив те же самые функциональные возможности? Такое кажется невероятным, но мы оставим это читателю в качестве задачи 6.4! 6.2.4. Расширение компараторов В разделе 5.9.5 было показано, что в ПЛУ легко реализовать устройство, определяющее равенство двух операндов, но сравнение по величине (принятие решения вида «больше чем» или «меньше чем») даже при небольшом числе разрядов плохо реализуется в ПЛУ из-за большого числа требуемых термов-произведений. Таким образом, большие компараторы лучше строить на основе компараторов, выполненных в виде отдельных микросхем средней степени интеграции, или на основе готовых узлов, имеющихся в библиотеках специализированных ИС или ИС типа РРОА.
Однако ПЛУ, как мы сейчас покажем, хорошо подходят для реализации комбинационной логики, используемой при создании многоразрядных компараторов путем «параллельного расширения» компараторов меньших размеров. В разделе 5.9.4 мы показали, как последовательно включаемые 4-разрядные компараторы 74х85 образуют компараторы с ббльшим числом разрядов. Хотя для построения сколь угодно больших компараторов схема с последовательным включением небольших компараторов не требует никакой дополнительной логики, у этого варианта есть существенный недостаток, состоящий в том, что задержка растет линейно с увеличением числа каскадов. С другой стороны, в разделе 6.1.4, было показано, что для выполнения 24- разрядного сравнения можно параллельно включить 8-разрядные компараторы 74х682 и применить комбинационную логику.
Эту схему можно расширить на случай сравнения операндов любого размера. В табл. 6.8 приведена программа на языке АВЕЬ для ИС ОАЬ22Ч10, посредством которой объединяются выходные сигналы «равно» (ЕО)) и «больше чем» (ОТ) восьми ИС 74х682 и вырабатываются сигналы для всех шести возможных соотношений (=, и, », «, ) между двумя сравниваемыми 64-разрядным н операцлами. 674 Глава 6.
Примеры проектирования комбинационных схем Табл. 6.8. Программа на языке АВЕЕ для объединения восьми ИС 74х682 в 64-разрядный компаратор вопите сошрехр и1и1е 'ехрапейоп 1оетс 1ох 64-ъха соврагапох' СОИ'ЕХР иеи1се 'Р22710'; 1ириие 1хош сье 1ии1ч1ииа1 соарахасоха, асс1те-)ои, 7 Рббусе ЕЦ 07..ЕЦ„ЬО, СТ 57..07„10 рхп 1..11, 13..14, 21..23; " Сошрах1аоп оихрииа РЕСЯ, РМЕЯ, РСТЯ, РСЕЦ, Р!.ТЦ, Р!.ЕЦ рпп 15..20 хеиуре 'сош'; Беае-сйаи егше '77 !1щт № ст7); !.тб !(ецб № стб); 1.тб = )!щь № стб)! 1.Т4 )(ЕЦ4 № СТ4); !.ТЗ -" !(ЕЦЗ № СТЗ); 1.Т2 = !(Щ2 № СТ2); 571 " !!Щ1 № ст1); ьто !!ецо № сто); еСиаитопа РЕЯЯ = ЕЦ7 й Щб й ЕЯБ й ЕЦ4 й ЕЯЗ й ЕЯ2 й ЕЦ1 й ЕЯО; РИЕЦ = ! ОЩ7 й ЕЦБ й ЕЦБ й Щ4 й ЕЯЗ й ЕЯ2 й ЕЯ1 й ЕЦО); РСТЦ " СТ7 № ЕЯ7 й СТЬ № ЕЦ7 й ЕЦБ й СТЬ № ЕЦ7 й ЕЯЬ й ЕЯБ й СТ4 № ЕЯ7 й ЕЯБ й ЩБ й Щ4 й СТЗ № Щ7 й ЕЦБ й ЕЯЬ й ЕЯ4 й ЕЦЗ й СТ2 № ЕЯ7 й ЕЦЬ й ЕЯ5 й ЕЦ4 й ЕЯЗ й ЕЯ2 й СТ1 № ЕЯ7 и Щб й ЕЯБ й Щ4 й ЕЦЗ й Щ2 й Щ1 й СТО; Р1щ ~1077 № ецт й стб № ецт й ецб й сть № Щ7 й ЕЦб й ЕЯБ й СТ4 № ЕЦ7 й ЕЦЬ й ЕЯБ й ЕЦ4 й СТЗ № Щ7 й ЕЦ6 й ЕЦБ й ЕЯ4 й ЕЦЗ й СТ2 № ЕЦ7 й ЕЦб й ЕЦБ й Щ4 й ЕЦЗ й ЕЯ2 й СТ1 № ЕЦ7 й ЕЦЬ й Щ5 й Щ4 й ЕЯЗ й ЕЦ2 й ЕЯ1 й СТО); й Бтб № ец7 й еяь й БТБ ецб й ьт4 а ец7 й ецб й ець й ец4 й 173 ЕЦ5 й ЕЦ4 й ЕЯЗ й ЬТ2 ЕЯЬ й ЕЦ4 й ЕЯЗ й ЕЦ2 й 071 Щ5 й ЕЯ4 й ЕЯЗ й ЩС й ЕЯ1 й !.ТО; Рсец ! (1,77 № ея7 й Бтб № ея7 й еяб й БТБ № ЕЯ7 й ЕЦЬ й ЕЯЬ й ьт4 № 507 й ЕЦЬ й ЕЦЬ й ЕЯ4 й ЬТЗ № ЕЦ7 й ЕЯЬ й Щ5 й ЕЦ4 й ЩЗ й 572 № ЕЦ7 й ЕЦЬ й ЕЯБ й ЕЯ4 й ЕЯЗ й ЕЦ2 й ЬТ1 № ЕЦ7 й ЕЦЬ й ЕЦЬ й ЕЦ4 й ЩЗ й ЕЯ2 й ЕЦ1 й БТО); епб сошрехр " Аситче-1еие1 сопчепе1оие ЕЦ7 = !ЕЦ 57! ЕЯЬ !ЕЦ Ьб! ЕЦ5 ЕЦЗ = !Щ ЬЗ! ЕЯ2 = !ЕЦ 12! ЕЯ1 = СТ7 !СТ 1.7; СТЬ = !СТ 1А ! СТЬ СТЗ !СТ 1.3; СТ2 = !СТ 1.2; СТ1 РЬТЦ = ЬТ7 № ЕЦ7 № ЕЯ7 й ЕЦБ й № ЕЯ7 й ЕЯЬ й № ЕЦ7 й ЕЦЬ й № ЕЦ7 й ЕЦЬ й )ЕЦЛЬ! Щ4 = !ЕЦ 1.4; !ЕЦ Ы; ЕЦО !ЕЦ 1.0; !СТ ББ! СТ4 = !СТ 1А! гСТ !.1; СТО = !СТ 1.0; О.й.
Примеры проектирования схем с использованием языка АВЕ!. 575 ВЫ НА ПРАВИЛЬНОМ ПУТИ! В первых ПЛУ типа РАЕ16Е8 не было управления полярностью выходных сигналов. Разработчики, использовавшие эти ИС, были вынуждены выбирать конкретную полярность, то есть высокий или низкий активный уровень сигналов на различных выходах, чтобы сократить выражения до такой степени, при которой их можно было реализовать в данной ИС. Когда используются ИС 16Ч8, 20Ч8, 22Ч!0 или какие-либо другие микросхемы из множества появившихся в последнее время в изобилии ИС типа СРЕО, такого ограничения не существует, Если число термов в выражении или в его дополнении можно сократить до числа доступных термов-произведений, то активным можно сделать как высокий, так и низкий уровень выходного сигнала, соответствующим образом запрограммировав его полярность.
В этой программе для выходных сигналов РЕОО и РНЕО нужно по одному терму-произведению на каждый. Остальным восьми выходам необходимо по восемь термов-произведений на каждый. Как мы упоминали ранее, ИС 22Ч10 позволяет иметь от 8 до16 термов-произведений на выход, так что проект реализуем. 6.2.5. Ком паратор с управляемым режимом работы В качестве следующего примера предположим, что речь идет о системе, которая в обычных условиях должна сравнивать два 32-разрядных слова, но иногда бывает нужно игнорировать один или два младших разряда входных слов. Режим работзя определяется двумя битами выбора режима М! и МО согласно табл. 6.9. Табл.
6.9. Биты выбора режима комСравнение паратора 0 О 32 разряда О 1 31 разряд 1 0 30 разрядов 1 ! не используется Как было отмечено ранее, сравнение, сложение и другие «итеративные» операции обычно плохо поддаются реализации на основе ПЛУ, потому что эквивалентное двухуровневое выражение вида «сумма произведений» содержит слишком много термов-произведений. В разделе 5.9.5 мы посчитали, сколько термов-произведений необходимо для л-разрядного компаратора. Согласно этим результатам мы, конечно, не можем создать 32-разрядный компаратор с управляемым режимом работы или даже 8-разрядную секцию такого компаратора в ПЛУ; 8-разрядный компаратор 74х682 является, пожалуй, наиболее эффективной возможностью реазизовать 8-разрядное сравнение с помощью единственной микросхемы.
Однако подход, основанный на использовании ПЛУ, вполне приемлем для реализации логики выбора режима и той части схемы сравнения, которая зависит от выбранного режима (учет двух младших разрядов). 676 Глава 6. Примеры проектирования комбинационных схем На рис. 6.9 показана полная схема компаратора, построенная с использован нем этой идеи, а в табл. 6.11 приведена программа на языке АВЕ1. для ПЛУ РЛООЕСОвлр 1ИС 16Ч8), на основе которого реализуется «нерегулярная логика».
Четыре ИС '682 используются для сравнения большей части разрядов, а в ИС 16Ч8 объединяются выходы всех ИС '682 и обрабатываются два младших разряда в зависимости от выбранного режима. Промежуточные выражения кОЗ О и ОТ 3 О введены для сокращения программы в разделе ечтгае зопз. мо мт х У мхввг 74«552 з Х2 5 хз в уз э К4 еао г Е02 ~ хо , атог етг 2 Хз Тэ У'5 М Хв Т 5 ув та Х7 77 У7 та «27 Э 74 РАЫ 6УЗ Х22 75 УМ ТВ Хээ 17 УМ Тэ ХЕОУ аз ХЕУУ 74«662 05 РО 00 ат ат Р2 РЕОО МООЕСОМР еат 2 тг ,э ЕОЗ г атз 2 рата 04 05 Рэ 06 Р7 07 , 0772 04 Ог рис. 6.9. 32-разрядный компаратор с управляемым режимом работы Как видно нз табл.
6.10, сигналы на выходах х~Оу и Хсту представлены 7-к и 11-ю термами-произведениями соответственно. Таким образом, сигнал хОт1 не укладывается в 7 тернов-произведений, доступных для выходных снгналог ИС 16Ч8. Однако это еще один пример, где имеется некоторая свобода в выбо. Кг 2 Уг э хг У9 5 ХТО 5 ЮО 7 «о э хтг тт УТ2 72 ХТЭ тз У|э М ХМ 75 Ум «75 77 УМ ТВ РО ао РТ От Рг аг Рз 7'Еаа аз Рэ 04 Рата аз РЭ 06 РТ 07 РО 00 Р! 07 Р2 02 РЕОО аз 7'4 04 рата 05 Р6 05 Р7 аг хтв г уэ э ХТТ УТ7 5 ХТЭ в юв т хтв а УТ9 9 Х29 \Т хгв 2 У24 э Х25 925 5 Х26 6 726 Х27 В УЗТ э хээ о у25 тг ХМ тз У29 М ХЗЭ 15 УЭЭ тв ХЭТ ТТ уз1 ~в РО ОО РТ ат Рг аг РЕОО Оэ Р4 04 рэ РОТ О 06 Рв 06 07 н 12 От ~З Юг !4 ЮЗ ~5 Ю4 !6 Ю5 о кж ~6 ЮТ е оз ло 6.2.
Примеры проектирования схем с использованием языка АВВЕ 677 ре способа кодирования. Изменяя кодирование мо(>его на [1, . Х. ), можно уменьшить требуемое число термов-произведений для хату до 7/12 и таким образом поместить схему в ИС 16ЧЗ. Табл. 6.10. Использование термов-произведениий в ПЛУ МООЕСОМР Р-Теса» Рвх1" хп Раа-оах Туре Наве 1 Р1п ХЕЯТ 1 Рхп Хатт 7/9 11/1З 18/22 Неве Р-т тоаах: 1З Тоха1 Р."'пв: 16 Ха»газе Р-Техв/Оахрна: 9 ооаа1е воз»совр 1111е 'Сопчго1 РЖ хог Носе-Оереапепс Соврагахог' ИООЕСОИР Сеч1се 'Р1ВЧЕ'; " 1прнх ааа оасрнс рхав ИО, И1, ЕО2 Ь, СТ2 Ь, ЕСС ', СТО Е рха 1.,6; щх Ь, Стх„х, щЗ Ь, Сто 1, ХО, Хх, тс, тх рхп 'г..в, 10, ХЕСТ, ХСТТ р1п 19, 12 хвсуре 'сов'; " Ассхче- ече1 сопчег»1опв щз = гщз ьп ецг .есг '; еах = .щх1; що (его -; атз - )атз ь; стг - .Отг ; атх .стх 1; ато >ото 1.; " Иное Ое11а1ххопв ИООЕЗг - ([ИХ,ИО) == [0,0)); " Зг-Ьхх совраххвоп ИООЕЗ1 = ([И1 Ис) " [0,13); " 31-Ы совраг1воа ИООЕЗО - ([И1,МС) = [1,0)); " Зс-Ьх: соврагхвог.
ИОВЕХХ - ([И(,ИО) == [1,1)); " Опнвеа " ехргев»1саа 1ог 30-ьхе ечна1 аап егеахег-хьеп есзо = щз а есг а ес1 а есо; ство - стз» (щз а стг>» <щз а щг а стх>» (есз а есг ащ1 з ато>; есааххопв МНЕМ ИСОЕЗ2 ТКЕМ ( ХЕОТ - ЩЗС З (11-11) Е (ХО =ча); Хатт - Ство » (ЕСЗО а (Ххххх)> » <ЩЗО а (Х1-тх> В (ХО>тс>); Н.ЗЕ МНЕМ ИООЕЗ1 ТНЕН Е хщт - есзо а (ххххх>; хатт = атзо » <есзо а <ххххх)): еьзе кнен иовезо тнем ( хщт - ксзо; хатт атзс; еаз воаесовр Табл. 6.11. Программа на языке АВЕН дпя обьединения четырех ИС 74х882 в 32-разрядный компарвтор 678 Глава 6.
Примеры проектирования комбинационных схем 6.2.6. Счетчик числа единиц Существует несколько важных алгоритмов, которые включают операцию подсчета числа «единнчных» битов в операнде. Недавно некоторые микропроцессорные системы команд были расширены путем включения операции подсчета числа единиц в качестве одной из основных команд. Подсчет числа единиц в операнде легко реазизовать в виде итеративного процесса, в котором вы просматриваете слово с одного конца до другого и увеличиваете содержимое счетчика на единицу каждый раз, когда встречается 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
