Sumador (electrónica)


Un sumador es un circuito digital que realiza sumas de números. En muchas computadoras y otros tipos de procesadores, los sumadores se utilizan en las unidades lógicas aritméticas o ALU . También se utilizan en otras partes del procesador, donde se utilizan para calcular direcciones , índices de tablas, operadores de incremento y decremento y operaciones similares.

Aunque los sumadores se pueden construir para muchas representaciones de números , como el decimal codificado en binario o el exceso de 3 , los sumadores más comunes operan en números binarios . En los casos en que se utiliza el complemento a dos o el complemento a uno para representar números negativos , es trivial modificar un sumador en un sumador-restador . Otras representaciones de números con signo requieren más lógica en torno al sumador básico.

El medio sumador suma dos dígitos binarios simples A y B. Tiene dos salidas, suma ( S ) y acarreo ( C ). La señal de acarreo representa un desbordamiento en el siguiente dígito de una suma de varios dígitos. El valor de la suma es 2 C + S . El diseño de medio sumador más simple, que se muestra a la derecha, incorpora una puerta XOR para S y una puerta AND para C. La lógica booleana para la suma (en este caso S ) será A′B + AB′ mientras que para el acarreo ( C) será AB . Con la adición de una puerta OR para combinar sus salidas de acarreo, se pueden combinar dos medios sumadores para formar un sumador completo. [1] El medio sumador suma dos bits de entrada y genera un acarreo y una suma, que son las dos salidas de un medio sumador. Las variables de entrada de un medio sumador se denominan bits de sumando y sumando. Las variables de salida son la suma y el acarreo. La tabla de verdad del medio sumador es:

Un sumador completo agrega números binarios y da cuenta de los valores que entran y salen. Un sumador completo de un bit suma tres números de un bit, a menudo escritos como A , B y C en ; A y B son los operandos, y Cin es un poco arrastrado desde la etapa anterior menos significativa. [2] El sumador completo suele ser un componente en una cascada de sumadores, que suman números binarios de 8, 16, 32, etc. bits. El circuito produce una salida de dos bits. Acarreo y suma de salida típicamente representados por las señales C out y S , donde la suma es igual a 2 C out+ S. _

Un sumador completo se puede implementar de muchas maneras diferentes, como con un circuito de nivel de transistor personalizado o compuesto por otras puertas. Un ejemplo de implementación es con S = ABC adentro y C afuera = ( AB ) + ( C adentro ⋅ ( AB )) .

En esta implementación, la puerta OR final antes de la salida de ejecución puede ser reemplazada por una puerta XOR sin alterar la lógica resultante. Usar solo dos tipos de puertas es conveniente si el circuito se implementa usando chips de circuitos integrados simples que contienen solo un tipo de puerta por chip.


Diagrama lógico de medio sumador
Media víbora en acción
Circuito semisumador usando solo compuertas NAND
Medio sumador usando solo puertas NAND.
Diagrama lógico para un sumador completo.
Sumador completo en acción. Un sumador completo da el número de 1 en la entrada en representación binaria.
Símbolo esquemático para un sumador completo de 1 bit con C de entrada y C de salida dibujados en los lados del bloque para enfatizar su uso en un sumador de varios bits
Sumador completo construido a partir de nueve puertas NAND.
Ejemplo de un sumador completo con salidas invertidas en CMOS [4]
Sumador de 4 bits con diagrama de bloques lógicos mostrado
Sumador de 4 bits con diagrama de bloques lógicos mostrado
Sumador de acarreo de ondulación decimal de 4 dígitos. FA = sumador completo, HA = medio sumador.
Sumador de 4 bits con anticipación de acarreo
Un sumador de 64 bits
Sumador completo cuántico, usando puertas Toffoli y CNOT . La puerta CNOT que está rodeada por un cuadrado punteado en esta imagen se puede omitir si no se requiere un cálculo para restaurar la salida B.