2.6. Арифметико-логічні пристрої
Пристрої обробки інформації завжди містять операційний блок, що складається з послідовної і комбінаційної частин. Комбінаційна частина виконує арифметичні і логічні операції над двома багаторозрядними словами і тому складається із суматора, схеми порівняння й інших схем, що роблять різні логічні операції. Однак на практиці доцільніше використовувати спеціальний арифметико-логічний пристрій,який міг би здїйснювати всі необхідні операції і був би виконаний у виді однієї мікросхеми. Ці мікpocxеми виконують арифметичні і логічні перетворення двійкової інформації відповідно до програми на входах і в порівнянні з пристроями, що працюють по жорсткій наперед заданій програмі, являють собою пристрої більш високого класу. Ці мікросхеми так і називаються -арифметико-логічними пристроями (АЛП). У мікропроцесорній техніці AЛП є базовими елементами. Вони використовуються в сполученні з регістрами зсуву, оперативними пристроями й іншими вузлами. Мікросхеми AЛП входять до скдаду різних серій (наприклад, К155ІПЗ, КР531ІПЗ, К555ІПЗ, І1533ІПЗ, 564ІПЗ). Умовно-графічне позначення цих мікросхем показане на мал. 2.33. Як приклад розглянемо AЛП К555ІПЗ.
Ця мікросхема призначена для дії з двома чотирирозрядними двійковими словами: А = А3А2А1 А0 і В = B3 B2B1B0 (мал. 2.33). Конкретний вид операції, який , задається п'ятирозрядним який виконується кодом на входах MS3S2S1 So. Усього цей АЛП здатний виконати 25=32 операції:в залежності від М або 16 логічних (І,І-НІ, ЧИ, АБО-НІ, " Що виключає АБО" і ін.), або 1б арифметичних і арифметико-логічних (додавання, віднімання, подвоєння порівняння чисел і ін.). Операції додавання і віднімання проводяться з прискореним переносом з розряду в розряд. Крім того, мається вхід прийому сигналу переносу С.
Рис. 2.33. Умовне зображення схеми К555 ІП3
На виходах F0F1 F2F3 формуються результати логічних перетворень і арифметичних дій. На виході переносу С4 утвориться сигнал старшого (п'ятого) розряду при виконанні арифметичних операцій. Додаткові виходи - утворення прискореного переносу G і поширення прискореного переносу Р - використовуються тільки при організації багаторозрядних АЛП у випадку їхнього сполучення з блоком прискореного переносу КМ555ІП4.
Слова А і В, підлягаючи обробці, можуть бути представлені в озитивній або негативній логіці. Повний перелік операцій, виконуваних AJIП для позитивної логіки, приводиться в табл. 2.15.
Логічні операції виконуються незалежно в кожному розряді. Арифметичні операції виконуються з урахуванням переносів і позик. Обидва типи операцій можуть зустрічатися одночасно. Наприклад, запис (AvB)+(A&B) означає, що спочатку порозрядно виконуються операції інвертування В, логічного додавання (A v В) і логічного множення А & В, а потім отримані зазначеним чином два чотирирозрядних числа складаються арифметично (з урахуванням переносів).
ПРИКЛАД. Код операції 01010. Операція F=(AvB)+(A&B). Число А= 1001, В=1011. Етапи виконання цієї операції показані на мал. 2.34. Результат операції F=0110.
Таблиця 2.15
При використанні АЛП як компаратора сигнал знімають з виходу А = b (вихід 14) джерела живлення його варто підключати через зовнішній резистор 1 кОм. Режим компаратора забезпечується при М = 0 і S3S2S1 So = 0110. Коли числа А і В рівні, на виході А = В формується сигнал високого рівня. Відсутність колекторного навантаження допускає при коскадуванні АЛП поєднувати виходи А = В за схемою "Монтажне І".
Рис.2.34. Виконання операції MS3 S2 S1 S0 =01010
Згідно табл. 2.16 для визначення співвідношення між числами А і В у випадку їхньої нерівності використовується сигнал на виході С4 (висновок 16). Табл. 2.16 складена для позитивної логіки.
Таблиця 16
Стан входів |
Стан виходу |
|
С |
АиВ |
|
1 |
А<В |
1 |
0 |
А<В |
1 |
1 |
А>В |
0 |
0 |
А<В |
0 |
Для арифметичних дій над словами більшої довжини АЛП включають послідовно (мал. 2.35, а). Тут час підсумовування визначається затримкою поширення сигналу переносу з входу молодшого розряду до виходу з останнього АЛП складає
де tзд.р - затримка поширення сигналу переносу в одному АЛП.
3меншити,час підсумовування можна застосуванням мікросхем К155ІІП4, K533ІП14, 564ІП4, спеціально розроблених для організації прискореного переносу між окремими АЛП а також між групами АЛП- Зі схемою прискореного переносу час підсумовування скорочується приблизно до tзд.р . На мал. 2.35,б показаний 16-розрядний АЛП з блоком прискореного переносу.
Рис. 2.35. 16-розрядний АЛП з послідовним переносом (а) і з блоком прискореного переносу
У випадку нарощування мікросхем прискореного переносу (для чисел, число розрядів яких перевищує 16) використовуються виходи Р і G. За допомогою чотирьох таких мікросхем у сполученні з 16 мікросхемами АЛП можна побудувати 64-розрядний АЛП.