Арифметическо-логический узел.

 

Любое устройство обработки цифровой информации содержит операционный блок, состоящий из последовательностной и комбинационной частей. Комбинационная часть выполняет арифметические и логические операции и состоит из схем, производящих различные логические операции. Целесообразно использовать специальный арифметическо-логический узел, т.е. арифметическо-логическое устройство (АЛУ), которое имеет условно-графическое обозначение, показанное в соответствии с рисунком 105.

Рисунок 105

Эти АЛУ предназначены для действий с двумя четырехразрядными двоичными словами А и В. Результат выполнения логических преобразований и арифметических действий поступает в виде четырехразрядного слова на выходы F. Кроме того, имеются вход Р₀ и выход Р сигналов переноса, отдельный выход признака равенства данных А = В и выходы переменных G ₀ и G ₁, используемые для наращивания разрядности АЛУ при объединении нескольких микросхем. Для облегчения наращивания разрядности оба сигнала переноса (Р₀ и Р) инверсны по отношению к входным сигналам А и В, т. е., когда А и В задаются в положительной логике, сигналу переноса отвечает низкий уровень напряжения.

В зависимости от набора управляющих сигналов S микросхема выполняет одну из 16 логических операций (при S 4=1) или арифметическо-логических операций (при S4=0). При этом логические операции выполняются поразрядно над каждой парой одноименных разрядов входных слов (входы и выходы переноса отключаются), а арифметические — над четырехразрядными словами с учетом сигнала переноса. Реализуемые АЛУ функции представлены в таблице 7.

Таблица 7

При S4=0 АЛУ настраивается на выполнение логическо-ариф-метических операций. Порядок действий при этом такой, что сначала производятся необходимые логические преобразования над входными словами (при этом переносы не учитываются), а затем - арифметические действия сложения и вычитания с учетом переноса Р_о.

Операция сложения выполняется АЛУ, настроенным управляющими сигналами S 4,..., S 0 на работу в качестве сумматора. Для того чтобы не усложнять конструкцию АЛУ, операцию вычитания (для которой был бы нужен специальный вычитатель) заменяют сложением (выполняемым сумматором) уменьшаемого с вычитаемым, представленным в специальном коде.

Для замены операции вычитания операцией сложения приходится представлять вычитаемое В в дополнительном коде.

Дополнительный код образуется из обратного (инверсного) кода добавлением к нему единицы. Таким образом, в АЛУ при выполнении операции вычитания входной операнд В преобразуется в дополнительный код, а вычитание числа 10 000 производится без помощи специальных схем, только с использованием сигнала переноса в старший (пятый) разряд. Правда, при этом результат арифметических действий на выходе АЛУ будет также представлен в обратном коде.

 

Основные устройства цифровой техники