Введення
В даний час простежується чітка тенденція до збільшення продуктивності та надійності ЕОМ. З розвитком елементної бази і збільшенням ступеня інтеграції БІС відбувається нарощування обчислювальної потужності як окремих компонентів ЕОМ - функціональних модулів, так і ЕОМ в цілому. Самі модулі являють собою складні багаторівневі обчислювальні структури.
Основним компонентом ЕОМ, безпосередньо впливає на її характеристики, є процесор або мікропроцесор, і в свою чергу одним з основних елементів процесора, які безпосередньо виконують обробку інформації є арифметико-логічний пристрій (АЛП). Вдало виконане АЛУ є запорукою надійної та високопродуктивної ЕОМ, тому при розробці мікропроцесора необхідно приділяти особливу увагу проектуванню АЛП.
В даний час продуктивність процесора і ЕОМ в цілому оцінюється за швидкістю виконання операцій з плаваючою крапкою, отже необхідно постійно розвивати і вдосконалювати частина АЛУ, відповідальну за ці операції - застосовувати вдосконалені алгоритми, розвинені схемні рішення, збільшувати розрядність машинного слова і.т.д. Реалізація цих принципів дозволить створити швидкодіючий, надійний і отже комерційно успішний мікропроцесор.
ЕОМ будь-якого рівня неможливо уявити без арифметичних пристроїв, що виконують різні операції. В основному всі вони є автоматами з мікропрограмного логікою. Однак у спеціалізованих ЕОМ, розрахованих на виконання завдань, пов'язаних з максимальною швидкодією необхідно використовувати модулі, арифметичні пристрої зокрема, спроектовані на основі жорсткої логіки. У системах, що обробляють великі обсяги даних за короткі періоди часу, системах управління об'єктами різної природи і в пристроях цифрової обробки сигналів особливо необхідні пристрої, що виконують арифметичні операції з плаваючою комою.
У даному курсовому проекті було спроектовано пристрій для складання двох чисел з плаваючою комою. Пристрій може використовуватися в обчислювальних системах, системах обробки сигналів, системах управління об'єктами і в багатьох інших областях. Введення і виведення інформації проводиться з різних інформаційних каналів. Харчування і синхронізуючі імпульси підводяться до сумматору від зовнішніх пристроїв. Пристрій спроектовано на елементній базі КМОП.
Основна частина
Розробка електричної функціональної схеми
Пристрій складається з керуючого (УА) та операційного автоматів (ОА). УА обробляє інформаційні сигнали, що надходять від ОА і на їх основі, а також на основі свого статку, який автомат зберігає в елементах пам'яті - тригерах, виробляє керуючі сигнали для ОА. Також вхідною інформацією для керуючого автомата є сигнали скидання і пуску. ОА на основі отриманих керуючих сигналів виконує ті чи інші дії з даними, що надійшли на його вхід.
ОА розрахований на операцію складання з двома числами, що містять 22 розряду. З них 16 розрядів використовується під мантиссу, включаючи два розряди під модифіковане уявлення знака, і шість розрядів під порядок з яких один виділена під знак. Пристрій виконує операцію у зворотному коді.
При подачі на вхід пристрою сигналів скидання, а потім пуску, керуючий автомат видає сигнали дозволу прийому для регістрів РгРа, РгРв, РгМа і РгМв, обнуляє регістр ознак (Error, Ready). Регістри приймають інформацію від зовнішнього пристрою через шину вхідних даних. Операцію підсумовування можна поділити на два етапи. На першому етапі обчислюється різниця порядків, попередньо завантажених в регістри РгРа і РгРв. Різниця виходить підсумовуванням вмісту РгРа, інвертованого вмісту РгРв, за допомогою суматора СМР. Ця різниця записується в регістр РГР. Далі, в залежності від вмісту РГР відбувається вирівнювання порядків шляхом зрушення вмісту регістрів РгМа або РгМв. Вміст РГР аналізують комбінаційні схеми, які після обробки вмісту РГР подають відповідні сигнали в УА. Коли порядки вирівняються, УА записує в регістр порядку результату РГР той порядок (РгРа або РгРв), щодо якого проходило вирівнювання (більший порядок) через комбінаційну схему і приступає до другого етапу.
На другому етапі вирівняні мантиси складаються в суматорі СММ, результат записується в регістр РГМ. Далі, в залежності від переповнення розрядної сітки мантис та/чи необхідності нормалізації вмісту РГМ, проводиться необхідна кількість зрушень РГМ і збільшення/зменшення порядку. Для аналізу вмісту РГМ використовується комбінаційної схемою, вміст РГР інкрементується або декрементируется. Остаточне вміст мантиси і порядку результат надходить в регістри РГМ і РГР відповідно і видається на вихідну шину даних після надходження відповідних сигналів від УА. УА в свою чергу завантажує в регістр ознак RGF дані про переповнення порядків...
