Потехин / ALU

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра телевидения и управления (ТУ)

ОТЧЁТ

по лабораторной работе по дисциплине

«Информационные технологии и вычислительная техника»

АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Выполнили: студенты гр. 1В5

_____________ Молодцов В.О.

____________ Харитонов Н.М.

______________ Шведова Д.А.

“___”________________2007 г.

Преподаватель:

_____________ Потехин В.А.

“___”______________2007 г.

2007

1 Введение

Целью данной работы является ознакомление с принципами работы арифметико-логического устройства (АЛУ), реализованного на микросхеме К555ИП3, получение опыта в технике пайки.

2 Описание экспериментальной установки

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 2.1. Она включает в себя АЛУ D1.

АЛУ D1 (микросхема К155 ИП3) – это сложная комбинационная схема, предназначенная для выполнения арифметических и логических операций над четырёхразрядными кодами чисел, причём, операции производятся над одноимёнными разрядами. Для увеличения разрядности чисел, например, до восьми необходимо использовать два таких устройства. При этом сигнал переноса на выходе Cn +N, младших четырёх разрядов должен поступать на вход Сn старших четырёх разрядов. Такое соединение позволит увеличить разрядность обрабатываемых чисел до 4N, где N – целое положительное число.

На входы А0…А3 АЛУ подаётся четырёх разрядный код числа А, на входы В0…В3 – код числа В.

Двоичным кодом, поданным на входы S0…S3 АЛУ, задаётся по одной из 16 операций обработки операндов А и В. Если на управляющем переходе М при этом установлен уровень логической единицы, то в АЛУ выполняется логическая операция, а если М = 0, то арифметическая.

При выполнении логических операций (М = 1) внутри АЛУ разрываются цепи межразрядных связей.

При выполнении арифметических операций (М = 0) эти цепи включаются и, кроме того, учитывается значение сигнала на входе переноса Сn = 0, то считается, что перенос есть, а если Сn = 1, то переноса нет. В таблице приведён список операций выполняемых в АЛУ. Результат операций над операндами появляется на выходах F0…F3.

АЛУ имеет выход, который обозначен – А=В, Высокий логический сигнал образуется, если F0=F1=F2=F3=1. Этот выход выполнен на схеме с открытым коллектором.

Выходы Р и G используются при построении АЛУ, обрабатывающих числа с разрядностью больше четырёх.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема АЛУ

Таблица 2.1 – Расшифровка операций АЛУ

Выбор функции				M = 1 логические	M = 0 арифметические операции
S3	S2	S1	S0	операции	Ci = 1	Cn = 0
0	0	0	0		A +1	A
0	0	0	1		A V B A +1	A V B
0	0	1	0	 B	A V A +1	A V
0	0	1	1	0	0	– 1
0	1	0	0		A + (A  ) A +1	A + (A  )
0	1	0	1		(A V B) + (A V) A +1	(A V B) + ( AV )
0	1	1	0	A  B	A – B	A – B – 1
0	1	1	1	A 	(A  )	(A  ) – 1
1	0	0	0	V B	A + (A  B) A +1	A + (A  B)
1	0	0	1		A + B A +1	A + B
1	0	1	0	B	(A V) + (A  B) A +1	(A V ) + (A  B)
1	0	1	1	A  B	A  B	(A  B) – 1
1	1	0	0	1	A + A +1	A + A
1	1	0	1		(A V B) + A +1	(A V B) + A
1	1	1	0	A V B	(A V ) + A +1	(A V ) + A
1	1	1	1	A	A	A – 1

В таблицах 2.2 – 2.3 приведена схема коммутации контактов АЛУ и макета.

Таблица 2.2 – Схема коммутации входа АЛУ и макета

Вход АЛУ	Тумблер	Макет	Плата
А0	Е0	J17	25
А1	Е1	J15	31
А2	Е2	J13	33
А3	Е3	J11	35
В0	F0	J18	23
В1	F1	J16	26
В2	F2	J14	34
В3	F3	J12	36
S0	E8	J1	22
S1	E7	J3	17
S2	E6	J5	19
S3	E5	J7	21
M	E4	J9	20
	F7	J4	15
Eпит=5В		I47	27
Заземление		J47	2

Таблица 2.3 – Схема коммутации выхода АЛУ и макета

Выход АЛУ	Макет	Плата	Индикаторы
F0	I32	11	А0
F1	I30	18	А1
F2	I28	16	А2
F3	I26	43	А3
	I12	38	С2
A=B	I10	40	С3

3 Результаты работы и их анализ

В ходе работы были использованы следующие числа: А=0100, В=0101.

Результаты функционирования арифметико-логического устройства, снятые при нескольких кодах операций, сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Результаты работы АЛУ

S	A	B	M=1						=1						=0
			A=B		F				A=B		F				A=B		F
1011	0100	0101	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1
1100	0100	0101	1	1	1	1	1	1	0	1	1	0	0	1	0	1	1	0	0	0
1101	0100	0101	0	1	1	1	1	0	0	1	1	0	1	0	0	1	1	0	0	1
1110	0100	0101	0	1	0	1	0	1	0	1	0	0	1	1	0	1	0	0	1	0
1111	0100	0101	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1

Проверим правильность работы АЛУ, проведя вычисления с заданными числами. Результаты проверки сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты проверки функционирования АЛУ

	S	Операция	Проверка	Результат
M=1	1011	A  B		0100
	1100	1		1111
	1101			1110
	1110	A V B		0101
	1111	A	0100=0100	0100
Cn=1	1011	A  B		0100
	1100	A + A +1	1000+1=1001	1001
	1101	(A V B) + A +1	0101+0100+1=1010	1010
	1110	(A V ) + A +1	1110+0100+1=0011	0011
	1111	A	0100=0100	0100
Cn=0	1011	(A  B) – 1	0100-1=0011	0011
	1100	A + A	0100+0100=1000	1000
	1101	(A V B) + A	0101+0100=1001	1001
	1110	(A V ) + A	1110+0100=0010	0010
	1111	A – 1	0100-1=0011	0011

4 Вывод

В ходе выполнения работы было осуществлено знакомство с общими принципами работы арифметико-логического устройства, реализованного на микросхеме К555ИП3. Устройство было собрано методом ручной пайки на учебном макете.

Были подробно изучены 5 арифметических и 5 логических операций, на основании которых была осуществлена проверка исправности устройства. Выходные числа (F), полученные на практике, полностью совпадают с расчётными, что свидетельствует о правильности сборки и функционирования АЛУ.

Выходной результат формируется с учётом состояния входа переноса. Оба сигнала переноса – входной С и выходной С₄ – в положительной логике, сигналу переноса отвечает низкий уровень напряжения на соответствующем выходе, а в отрицательной логике – наоборот.

Если АЛУ выполняет логико–арифметическую операцию, логическая операция реализуется поразрядно, а арифметическая – с переносом.

При использовании АЛУ в качестве компаратора сигнал снимают с выхода А=В. Этот выход с открытым коллектором, к источнику питания его следует подключать через внешний резистор 1 кОм.