Вычислительной машиной будем называть комплекс технических средств, объединенных общим управлением, предназначенный для переработки информации и для вычислений. Современные средства вычислительной техники строятся на различной элементной базе, в состав которой входят как узлы, выполняющие конкретные операции обработки цифровых сигналов, так и сложные программируемые устройства.
Любая форма человеческой деятельности, любой процесс функционирования технического объекта связаны с передачей и преобразованием информации. Информация передается или отображается в виде сигналов, которые могут быть как непрерывными, так и дискретными. Непрерывное сообщение представляется некоторой физической величиной (электрическим напряжением, током и др.), изменения которой во времени отображают протекание рассматриваемого процесса. При дискретной форме представления информации отдельным элементам ее могут быть присвоены числовые (цифровые) значения. В таких случаях говорят о цифровой (числовой) информации.
Вид обрабатываемого сигнала определяет принцип действия и структуру вычислительной машины. Машины, обрабатывающие непрерывные сигналы, называют аналоговыми, а машины, обрабатывающие дискретные сигналы - цифровыми. В силу универсальности цифровой формы представления информации цифровые электронные вычислительные машины представляют собой наиболее универсальный тип устройства обработки информации.
Цифровая вычислительная машина может оперировать только с дискретными величинами, которые представляются в виде дискретных электрических сигналов. Это означает, что задача, которую предполагается решить на цифровой машине, не может быть записана в произвольной форме. Задачу следует привести к специальному виду, позволяющему свести решение задач к вычислениям.
Информация записывается в общепринятом виде или в виде, отличном от общепринятого. Форма представления, отличающаяся от общепринятой, называется кодом. В цифровых вычислительных машинах в виде кодов представляется вся вводимая в нее информация [8].
Основной элементарной операцией, выполняемой над кодами чисел в цифровых устройствах, является арифметическое сложение.
Данная операция выполняется в арифметико-логических устройствах или процессорных элементах, ядром которых являются сумматоры.
Цель работы: моделирование сумматоров, проверка возможности работы программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) с конкретными временными характеристиками.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
1) дать определение сумматорам;
2) освоить синтез схем сумматоров с учетом особенностей двоичной арифметики и применением формул булевой алгебры;
3) изучить пакет моделирования MAX+PLUS II;
4) выполнить моделирование сумматоров;
5) получить временные характеристики.
В работе выполнено моделирование нескольких вариантов цифровых сумматоров, а именно:
- одноразрядный двоичный сумматор,
- четырехразрядный двоичный сумматор,
- шестнадцетиричный сумматор,
- двоично-десятичный сумматор.
Для смоделированных сумматоров получены временные диаграммы, рассмотрение которых показывает правильность работы схем и позволяет оценить их временные параметры. Комбинируя рассмотренные в работе схемы сумматоров, можно спроектировать другие варианты таких устройств, например сумматор для нескольких разрядов десятичного кода.
Результаты работы могут быть использованы в учебной лаборатории «Цифровые устройства информационных систем» для усовершенствования лабораторной работы «Исследование сумматоров». Схемные решения могут послужить для усовершенствования макета, а моделирование может быть включено в состав задания, как первый пункт практической части.
Моделирование в упомянутой работе действительно целесообразно, поскольку в лабораторном макете используются регистры входных кодов, выполненные на переключателях, а значение суммы идентифицируется с помощью светодиодов, что не позволяет проследить временные параметры.
