Арифметическо-логического устройства

Цель работы: изучение функциональных возможностей АЛУ, экспериментальное исследование схемы, реализующей работу 4-разрядного АЛУ.

Общие сведения

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является основным функциональным узлом микропроцессора, предназначенным для обработки данных. АЛУ представляет собой комбинационную логическую схему, выполняющую логические и арифметические действия над двоичными операндами по заранее заданной программе.

Для ввода, вывода и оперативного хранения информации, а также ее пошаговой загрузки по тактовому импульсу в АЛУ предназначен блок регистров: аккумулятор (А), буферные регистры (БР) или регистры общего назначения (РОН) (рис.11.1).

Совместная работа АЛУ и аккумулятора позволяет реализовать ряд арифметических и логических операций, в том числе сложение, вычитание, инверсию, сравнение, положительное или отрицательное приращение, сдвиг влево или вправо, логическое И, ИЛИ, исключающее ИЛИ и т.п. Из перечисленных элементарных операций набираются сложные задачи современной микропроцессорной техники.

Таким образом, АЛУ имеет входы для задания операндов, а также входы для задания кода необходимой операции. На выходах АЛУ реализуется результат проведенной операции. Например, если АЛУ работает с 4-разрядными числами, то имеет 4 входа для задания операнда А, 4 входа – для операнда В. Если у АЛУ также 4 входа для задания кода операции, то список команд данного АЛУ составляет 16 операций.

Представленное в работе АЛУ имеет список команд из 64 арифметических, арифметическо-логических и других операций. Выбор операции осуществляется заданием кода операции S и сигналов на входах P0 и М.

Порядок выполнения работы

Оборудование: стенд универсальный, блок питания, плата П6, технологическая карта VI-1.

1. Найдите на схеме АЛУ. Какую разрядность имеют операнды К и В: ______

2. Сколько операций содержит список команд данного АЛУ: _____________

 

3. Проанализируйте работу схемы:

а) откуда подаются сигналы на вход АЛУ для задания операнда К:

 

__________________________________________________________________

б) откуда подаются сигналы на вход АЛУ для задания операнда В:

 

_________________________________________________________________

в) откуда подаются сигналы на вход АЛУ для задания кода операции S:

 

__________________________________________________________________

4. Данные в схему подаются с помощью суммирующего счетчика с предустановкой D-10, результат которого через дешифратор D-3 подается на 7-сегментный блок индикации. Пронаблюдайте это.

5. Кроме дешифратора данные со счетчика, изображенные на схеме в виде 4-разрядной шины, поступают на информационные D-входы регистров D-5, D-6 и D-7. Убедитесь в этом, следуя по проводам.

6. Для задания в АЛУ операнда или кода операции, необходимо данные со счетчика записать в соответствующий регистр. Для этого в данный регистр посылается сигнал на вход синхронизации. Проследите по проводам, с какого устройства идет сигнал на входы синхронизации:

__________________________________________________________________

 

В таблице приведены режимы работы дешифратора кода команд:

 

Команда	Код команды	Такт SB3	Управляемое устройство и его вход	Светящийся светодиод
SA3	SA2	SA1
Запись информации с общей шины в регистр операнда А АЛУ					регистр D5 вход С	HL2
Запись информации с общей шины в регистр операнда В АЛУ					регистр D6 вход С	HL3
Запись информации с общей шины в регистр кода операции S АЛУ					регистр D7 вход С	HL4
Запись информации с общей шины в регистр адреса слова ОЗУ					регистр D8 вход С	HL5
Установка в ноль (сброс) счетчика блока ввода информации					счетчик D10 вход R	HL6
Установка режима «параллельная запись» в регистр-аккумулятор (счетчик блока ввода информации)					счетчик D10 вход V	HL7
Установка режима «запись» в ОЗУ					ОЗУ D4 вход W	HL8
Запрет на передачу команд	x	x	x		-	HL2 – HL8 не светятся

Результат операции, выполненной АЛУ, записывается в регистр–аккумулятор (D-входы в счетчике с предустановкой D10). Для того, чтобы просмотреть этот результат, нужно перевести устройство D10 из режима счетчика в режим регистра-аккумулятора. Для этого подают активный сигнал с дешифратора D1 на его вход V, наличие которого определяется по свечению светодиода HL7.

7. Ознакомьтесь с таблицей, содержащей коды некоторых операций из списка команд данного АЛУ:

 

Код операции	Операция (сигнал на выходе)	Тип операции
Р0	М	код «16»
				Присвоение или логические операции над одним операндом
		C
		F	A
		A	B
		E		Логические операции над двумя операндами
		B
			А + В	Арифметические операции
			А – В
		C	А + А
		F	А - 1

8. Произведите с помощью АЛУ несколько операций. Сделайте проверку в двоичном коде для логических операций. Данные занесите в таблицу:

 

Операция	Операнд	S	P0	M	Результат F	Проверка (в двоичном коде)
А	В

Вопросы к зачету

1. Какое устройство называется арифметическо-логическим устройством? Для чего оно предназначено?

2. Сколько операций содержит список команд данного АЛУ?

3. Объясните работу схемы.

4. По маркировке интегральных микросхем, расположенных на используемой плате, дайте их характеристику.

 

Лабораторная работа № 8.