Сумматоры
 |
Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5. При сложении имеем
Как и для десятичных чисел, сложение начинают с меньшего разряда.
Сложение двух единиц низшего разряда дает 
, но в двоичной системе получаются 0 в низшем разряде
и перенос единицы во второй разряд. Таким образом, «сумма по модулю 2» в низшем
разряде обозначается 
и «перенос» 
. Аналогично во втором столбце сложения, отсчитываемом
справа налево, имеем 
и 
. В третьем столбце 
и 
; в четвертом 
и
. В результате получаем число 
, записанное в двоичной системе как
четырехразрядное число 1100.
Любое четырехразрядное число в двоичной системе
записывается как сумма следующих членов: C323+C222 + C121 + C02° где коэффициенты
могут принимать значения 0 и 1. В
рассматриваемом случае для двоичного числа, соответствующего полученной сумме
1100, имеем: С3=1, С2=1; С, = 0 и С0 = 0. В результате 
.
20.1 сурет
20.2 сурет
Полусумматор. Простейшей арифметической операцией
в ЭВМ является сложение двух одноразрядных чисел, принимающих два возможных значения:
0 и 1. Эта операция выполняется в устройстве, называемом полусумматором (рис.
20.1,а). Суммируемые одноразрядные числа в виде логических уровней напряжения
А и В подаются на входы логических элементов «Исключающее ИЛИ и И». На выходе
элемента Исключающее ИЛИ получается сумма по модулю 2 
, равная нулю, когда А = В = 0 а также
когда А = В=1. При А = 1 и В = 0 или А = 0 и В=1 =1. Выход элемента И называется «переносом» и
обозначается буквой Р. При А = В = 0; А = 1 и В = 0; А = 0 и В=1 перенос Р=0.
При А= В=1 перенос Р=1, что соответствует переносу единицы в следующий разряд.
Нетрудно убедиться, что сумма по модулю 
, а перенос Р = АВ. На рис. 20.1 б
приведено условное обозначение полусумматора.
Полный сумматор. При сложении двух многоразрядных двоичных чисел только в младшем разряде складываются два числа. В остальных разрядах складываются три числа: два слагаемых и перенос из суммы чисел предыдущего разряда.
На рис. 20.2 а приведена структурная схема полного сумматора, составляемая из двух полусумматоров и элемента ИЛИ. На рис. 20.2б приведено условное обозначение полного сумматора.
Четырехразрядный сумматор. Четырехразрядный сумматор показан на рис. 20.3. Он позволяет складывать 2 четырехразрядных двоичных числа.
Вычитание. Арифметическую операцию вычитания двух чисел можно свести
к операции сложения. Действительно, АВ=(АС)+(СВ). Поэтому в ЭВМ часто применяют
следующий порядок вычислений. Сначала вычитаемое число В, записанное в прямом
двоичном коде, переводят в число, записанное в обратном коде, заменяя единицы
нулями, а нули единицами. Например, число 5, записанное четырьмя знаками прямого
двоичного кода: 0101. Обратный код этого числа 1010. Добавлением единицы это число
переводят в запись дополнительным кодом. В результате дополнительным кодом числа
5 становится число 1011. Прибавление преобразованного таким образом в дополнительный
код вычитаемого числа В к уменьшаемому числу А, записанному в прямом двоичном
коде, эквивалентно операции вычитания АВ. Например, 75 = 0111 + 1011= (1)0010.
Отбрасывая пятый (высший) разряд числа, заключенный в скобки, получаем число 0010=
.
 |
Рис. 20.3
Регистры
Регистром называют устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» двоичного числа или другой кодовой комбинации.
Основные элементы регистра двоичные ячейки, в качестве которых применяются триггеры. Число двоичных ячеек определяется числом двоичных разрядов «слова» (длиной слова), на которое рассчитан регистр.
Описанный регистр может запоминать и выдавать информацию только в параллельных кодах, когда каждому разряду соответствует отдельная линия. Более экономична передача информации в последовательных кодах, когда используется одна линия для последовательной (во времени) передачи комбинации нулей и единиц. Для записи и хранения информации в последовательных кодах применяют сдвигающие (сдвиговые) регистры.
На рисунке 21.1а,б приведены схема и условное обозначение сдвигающего
регистра на 
–триггерах (
–типа). Пусть требуется записать в регистр трехразрядное
двоичное слово 
, имеющее разряды 
, 
. При 
в триггер 
вводятся 
и 
. Поскольку –триггер с разделенными входами работает как синхронный
–триггер, по окончании синхронизирующего
(тактового) импульса (при переходе от к 
) на выходе триггера появляется 
. Следовательно, по окончании первого тактового
импульса 
, 
.
 | |||
 | |||
Рис. 21.1
Затем на информационный вход регистра поступает второй разряд
слова 
. При воздействии второго тактового
импульса триггер 
воспримет информацию с выхода первого триггера: 
,
. По окончании второго тактового импульса
, 
, а первый триггер воспримет входную
информацию регистра и на его выходе 
, 
. Таким образом, произошел сдвиг информации из первого
разряда регистра во второй; точно так же по окончании третьего тактового импульса
, 
, и все слово записано в регистр.
Считывать информацию из сдвигающего регистра можно либо в последовательном коде, либо в параллельном коде.
Регистратор один из основных элементов ЭВМ и многих устройств автоматики и информационноизмерительной техники.
Контрольные вопросы
Объясните принцип работы регистров.
Основные элементы регистра
Проектирование топологии БПТ
К проектированию топологии БПТ должны быть подготовлены:
каталог топологических конфигураций БПТ;
технологические допуски на совмещение топологических слоев ∆С и искажение границ (∆L ≈ ∆B) фрагментов этих слоев по длине L и ширине B ;
сведения о параметрах технологического варианта структуры БПТ, определяющих выбор форм и размеров топологических конфигураций (толщины структурных слоев Xi, ширины p-n-переходов при нулевом внешнем смещении Wi(0), удельные поверхностные сопротивления слоев R□i, удельные контактные сопротивления контактных пар «металлизация — полупроводник» Roi (или первичные параметры для их оценки)).
Каталог топологических конфигураций БПТ обычно содержит варианты плоских конструкций (топологий), отличающихся формой и числом эмиттеров, контактов к базе и коллектору. На рисунке 2.19 изображена простейшая топология БПТ с одиночными полосковыми контактами к каждой их трех областей.
Более развитые по числу электродов и контактов топологии применяются в расчете на повышенные рабочие токи, пониженные сопротивления между электродами БПТ (в первую очередь между эмиттером и коллектором) или с целью уменьшить потери площади кристалла, отводимой под размещение прибора.
На рисунке 2.19 обозначены участки (d1– d7) между смежными границами областей топологии БПТ. Размеры БПТ назначаются по направлениям B и L, индексируются первыми символами принадлежности к соответствующей области топологии (коллектор — «c», база — «b», эмиттер — «е», контактное окно — «k»).
Размеры эмиттера (Le,Be) определяются по формулам (2.46), (2.49), (2.49а), (2.51), (2.53), (2.55). Все остальные размеры топологии определяются через размеры Le, Be и размеры участков
d1 — d7. Размеры участков d1 — d7 определяются конструктивно-технологическими ограничениями, и их минимальные значения оцениваются по формулам:
d1 ≥ 2×∆C+2×∆L+Webmax/2 +2×hd; (2.56)
d2 = d1; (2.56a)
d3≥ d1 + Wcbmax/2 +(2÷3)×Wbn; (2.56б)
d4 ≥ d1– Webmax/2+ Wcbmax/2; (2.56в)
d5 = d4; (2.56г)
d6 ≥ d5 — Wcbmax/2 +Wcpmax/2; (2.56д)
d7 ≥ d5 + Wcpmax/2. (2.56е)
В соотношениях (2.56) — (2.56е) приняты обозначения:
∆C,∆L — максимальные абсолютные погрешности совмещения смежных слоев и искажения линейных границ любой области в слое соответственно;
Webmax, Wcbmax, Wcpmax — ширины p-n-переходов «эмиттер — база», «коллектор — база», «коллектор — пластина» соответственно при максимальных допустимых напряжениях (Umax) на переходах БПТ определяются по формулам (2.20), (2.24);
hd — глубина проникновения электрического поля в слое (длина Дебая) с запасом для интегральных приборов принимается равной (0,05 ÷ 0,1) мкм.
Ширина (Be) и длина (Le) эмиттера, ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру к формированию топологии БПТ определены.
Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям
Bb = Be +2×d3; Lb = Le + Lkb + d2+d3+d4; Lkb≥ Lmin; Bkb = Be.
(2.57)
Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям:
Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkb + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.
(2.58)
Размеры областей топологии БПТ соответствуют рисунку 2.19 без учета профиля боковых поверхностей технологических структур.
