Обзор арифметико-логических устройств

МОП транзисторная логика (МОПТЛ).

МОП (МДП) – металл-окисел (диэлектрик) - полупроводник.

Достоинства: большая помехоустойчивость, т.к. высокий логический пере­пад; высокая нагрузочная способность, т.к. схема имеет боль­шое выходное сопротивление (R_вых); высокая степень интеграции, т.к. нет изолирующих кана­лов.

Недостаток: низкое быстродействие, т.к. C_н заряжается через боль­шое сопротивление.

МОП транзисторная логика на комплиментарных клю­чах (КМОПТЛ)

Достоинства: выше быстродействие, т.к. С_н заряжается через откры­тый транзистор; КМОП - схема характеризуется весьма малым потребляемым то­ком (а, следовательно, и мощности) от источника пи­тания; меньше напряжение питания (U_пит).

Недостаток: быстродействие меньше, чем у ЭСЛ, но по мере развития технологий этот недостаток устраняется.

Логический расчет

В данном разделе курсового проекта я буду рассматривать логический расчет комбинационных схем ИЛИ, НЕ и 2И. Эти элементы входят в схему СОЛО. Как видно из принципиальной схемы на элемент НЕ подаются поочередно сигналы из РгС и РгD. Часть выходных данных попадает на РгСч1, а часть на схему сравнения. Обозначим f_i-выходные сигналы, идущие на РгСч1, f_k-сигналы, идущие на схему сравнения. Тогда f_i(D_i,C_i)=(D_iC_i+ D_iC_i)+ D_iC_i; f_к(D_i,C_i)=(D_iC_i+ D_iC_i); Составим таблицу истинности для входов D_i и C_i:

 

Таблица 5.4 – Таблица истинности.

 

 

Di	Ci	fi	fк
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	1	1

 

С помощью карты Карно построим схему на элементах Шеффера.

       C_i C_i         

	1
1	1

D_i                       

D_i

 

f_i(D_i,C_i)=Di +Ci;

       C_i C_i         

1
	1

D_i                       

D_i

 

f_к(D_i,C_i)=DiCi + DiCi;

 

Построим комбинационные схемы на элементах Шеффера (рисунок 5.1).

f_i(D_i,C_i)=Di +Ci=Di Ci; f_к(D_i,C_i)=DiCi + DiCi= DiCi DiCi;

 

 

 

 

Рисунок 5.1 – Схема на элементах Шеффера.

6 Технологическая часть

Техника безопасности

При производстве электромонтажных работ необходимо соблюдать общие требования безопасности.

К работе на участке должны допускаться только те лица, которые прошли вводный инструктаж, первичный инструктаж на рабочем месте и обучение безопасным приемам труда с обязательной проверкой знаний. Лица, не прошедшие проверку знаний, к самостоятельной работе не допускаются. На рабочем месте нельзя пользоваться открытым огнем, допускать скопление пыли на оборудовании и рабочих местах. При обнаружении пожара или загорания необходимо немедленно сообщить об этом в пожарную охрану и приступить к тушению пожара имеющимися средствами пожаротушения. Лица, нарушающие требования по охране труда, в зависимости от последствий нарушения, несут дисциплинарную, материальную или уголовную ответственность.

Перед началом работы нужно:

- привести в порядок спецодежду;

- проверить исправность электрооборудования на своем рабочем месте и обо всех замеченных неисправностях сообщить мастеру;

- требующиеся инструменты, приспособления, детали и материалы расположить в удобном и безопасном для работы порядке;

- проверить исправность местной вентиляции.

Степень нагрева паяльника проверяется на кусочке припоя, а не на ощупь. Все операции пайки и лужения выполняются при включенной вентиляции. Паяльник в перерывах между пайками разрешается держать только на специальной подставке. При временном отключении тока или при уходе с места работы, даже на короткое время, электроинструмент обязательно отключать от сети. Вытаскивая вилку из розетки, следует держать ее за корпус, а не за шнур. Демонтаж радиоаппаратуры отпайку проводов производить в защитных очках.

 

 

В помещении, где производится пайка припоем, содержащим свинец, не допускать принятие пищи, вода, хранения личных вещей во избежание попадания свинца в организм человека.

Во время работы нельзя отвлекаться самому и отвлекать других посторонними делами и разговорами.

Экология

Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных источников. Более загрязненные зоны возникают в местах активной жизнедеятельности человека. В последнее время в промышленности стали применять практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на состоянии промышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, а в частности, синтетическими соединениями, не существующими в природе, радиацией, канцерогенными и другими элементами.

Количество поступающих в атмосферу отходов достигает колоссальных размеров. Наиболее остро экологическая проблема стоит в городах, где на относительно незначительной территории сконцентрировано большое число промышленных объектов, транспорта и где сосредоточено более трети всего населения нашей планеты. В воздухе, удаляемом из цехов, вредные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Вредные вещества, содержащиеся в воздухе даже не в значительных концентрациях, способны проникать в организм человека различными путями с разнообразными клиническими проявлениями.

Если рассматривать отдельно электрическую промышленность, а в частности производство печатных плат, то нужно отметить, что в процессе их изготовления должны соблюдаться правила и положения, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды.

При изготовлении печатных плат ведется много работы в непосредственном контакте человека с лаками, щелочью, кислотами. Наиболее интенсивнее вредные вещества находятся в большом

 

 

количестве при выделении в процессе кислотного и щелочного травления. Для таких работ предназначены индивидуальные средства защиты. Чтобы хоть как–то компенсировать загрязнение природы, нужно соблюдать правила техники безопасности, законы и постановления, которые вплотную соприкасаются с требованиями охраны окружающей среды.

Для того чтобы снизить уровень загрязнения, хотя бы до минимально возможного уровня, необходимо применять специальное оборудование, например, для очистки вентиляционного воздуха необходимо использовать фильтры, которые нейтрализовали бы токсичные вещества.

В настоящее время микросхемы выпускаются миллионными сериями и вопрос о защите окружающей среды встает еще более остро, поэтому наиболее широкое распространение получило безотходное производство.

 Для снижения промышленных выбросов необходимо искать новые технологические решения, с помощью которых был бы возможен переход на новые методы производства с минимальным загрязнением окружающей среды.

 

9 Заключение

Рассматривая в данном курсовом проекте работу многофункционального арифметическо-логического устройства, я пришла к выводу, что АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Заданием на курсовой проект являлось создание схемы многофункционального АЛУ. В результате работы были рассмотрены схемы обобщенной структуры АЛУ процессоров, построены структурная и принципиальная схемы, был произведен логический расчет, а также были рассчитаны потребляемая мощность, быстродействие и надежность схемы.

Исходя из задания, построена схема, для которой подобрана элементная база, выбраны параметры применяемых микросхем серии К155, К555 и К1533. В технологической части рассмотрены способы монтажа элементов на печатные платы.

Также в курсовом проекте были затронуты вопросы экологии и техники безопасности.

 

 

10 Список литературы

1. «Интегральные микросхемы»: Справочник / Б. В. Тарабрин, Л.Ф.Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабрина.– М.: 1985г.

2. Каган Б. М. «Электронные вычислительные машины и системы»: Учеб. пособие для вузов. – М.: 1991 г.

3. Нешумова К. А. «Электронные вычислительные машины и системы». Учеб. для техникумов спец. ЭВТ. – М.: 1989 г.

4. Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 2. – М.: 1997 г.

5. Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 5. – М.: 2000 г.

6. Нефедов А. В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги»: Справочник. Т. 10. – М.: 2001 г.

7. Орлов И. А. «Эксплуатация и ремонт ЭВМ, организация работы вычислительного центра»: Учебник для техникумов. – М. – 1989 г.

 

Обзор арифметико-логических устройств

Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:

· Операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

· Операции двоичной арифметики для чисел с плавающей точкой;

· Операции десятичной арифметики;

· Операции индексной арифметики;

· Операции специальной арифметики;

· Операции над логическими кодами;

· Операции над алфавитно-цифровыми полями.

К арифметически операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции»), умножение и деление («длинные операции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкции (логическое ИЛИ) и конъюнкция (логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые разряды, знаковый разряд остается на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации.

Можно привести следующую классификацию АЛУ, которая приведена на рисунке 1.1.

По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки параллельно могут выполнять соответствующие операции, но значительно увеличиваются затраты на оборудование. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразования и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие

 

выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

 

 

Рисунок 1.1 – Классификация АЛУ.

 

Обобщенная структурная схема АЛУ процессоров всех моделей может быть изображена в виде, приведенном на рисунке 1.2. В основном она содержит четыре главные составляющие:

 

 

- группу регистров Р, предназначенных для приема и размеще­ния надлежащим образом операндов, над которыми должны производиться действия при выполнении очередной операции;

- операционную часть О, где осуществляются преобразования операндов согласно машинным алгоритмам арифметических, логи­ческих и других операций, на выполнение которых рассчитано АЛУ;

- схемы контроля К, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль работы АЛУ, а при обнаружении систематических сигналов ошибок — его диагностику с разрешающей способно­стью, соответствующей возможностям системы контроля, приме­няемой в модели ЭВМ;

- схемы управления У, где вырабатываются управляющие сигна­лы УС, координирующие взаимодействие всех блоков АЛУ между собой и с другими блоками процессора, тем самым обеспечивая выполнение требуемых последовательностей микроопераций, соот­ветствующих исполняемым операциям.

 

 

Рисунок 1.2 - Обобщенная структурная схема АЛУ процессоров.

 

В моделях осуществляется гибкое управление выполнением операций. Последовательность действий по исполнению каждой команды зависит от особенностей операндов и получающихся про­межуточных и окончательных результатов их преобразования. Для этого в операционной части АЛУ на разных этапах выполне­ния операций производится анализ преобразуемой информации. Результаты его в виде ответных сигналов-признаков СП поступают на схемы управления.

На основе анализа получающихся результатов в конце исполне­ния определенных команд схемы управления формируют признак результата ПР, который в виде двухразрядного кода условия заносится в слово состояния программы ССП.

Переход к управле­нию исполнением каждой очередной команды строится по асинх­ронному принципу. При наличии в процессоре командной и пре­образуемой

 

 

информации действия в АЛУ по выполнению следую­щей операции могут начинаться сразу после завершения предыду­щей операции. Для этого в схемах управления АЛУ формируется сигнал конца операции СКО. Управление выполнением следующей операции начинается по сигналу начала операции СНО, выраба­тываемому в схемах центрального управления процессора.

В регистры Р операнды для очередной операции выбираются либо из местной оперативной памяти (регистров общего назначе­ния РОН или регистров для операндов с плавающей запятой РПЗ), либо из основной оперативной памяти ООП. Результаты операций из регистров АЛУ отсылаются также в РОН, РПЗ или ООП.