Цифровые устройства комбинационного типа
Вопросы:
1.Арифметико-логические устройства АЛУ
2.Матричные умножители
Вопрос 1. Алу
АЛУ выполняют арифметические и логические операции над многоразрядными словами. АЛУ относятся к универсальным устройствам комбинационного типа и являются основным узлом операционных частей вычислительной техники и автоматики. Они входят в состав программно управляемых операционных больших и сверхбольших интегральных схем, а так же выпускаются в виде отдельных интегральных схем.
В схемотехническом отношении основной АЛУ служат сумматоры, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности АЛУ и обеспечивающей его перестройку с одной операции на другую. Обычно АЛУ 4х разрядное. Для наращивания разрядности объединяются с использованием последовательных или параллельных переносов.
В качестве примера рассмотрим 4х-разрядный АЛУ К155 ИП3 (564ИП3)
Микросхема предназначена для действия над двумя четырёхразрядными операндами, которые подаются на входы А и В. Сигнал на входе М задаёт тип выполняемых операций. Если М=1 (сигнал высокого уровня), то операции логические, если М=0, то арифметико-логические. Четырехразрядный код управления на входе S обеспечивает выбор выполняемой операции. Вход C0 и выход C4 служат для учёта сигнала переноса при выполнении арифметико-логических операций и наращивания разрядности АЛУ. Результат выполняемой операции вырабатывается на выходах F. На выходах G и H формируются функции генерации и прозрачности, используемые для организации параллельных переносов с использованием блоков ускоренного переноса при наращивании разрядности АЛУ.
Выход А=В есть выход сравнения на равенство с открытым коллектором.
Вид выполняемых АЛУ операций и соответствующие им коды приведены в таблице:
S |
Логические функции (M=1) |
Арифметико-логические функции (М=0) |
0000 |
|
А+С0 |
0001 |
|
|
0010 |
B |
|
0011 |
0 |
1+С0 |
0100 |
|
|
0101 |
|
|
0110 |
|
|
0111 |
|
|
1000 |
VB |
A+(AB)+С0 |
1001 |
|
A+B+С0 |
1010 |
B |
|
1011 |
AB |
(AB)+1+С0 |
1100 |
1 |
A+A+С0 |
1101 |
|
(AVB)+A+С0 |
1110 |
АVB |
|
1111 |
А |
А+1+С0 |
При М=1 АЛУ производит логические операции поразрядно над парами бит операндов А и В. Внутренний перенос между разрядами сумматоров при этом отсутствует. Арифметические операции выполняются при М=0, учитываются межразрядные переносы. Входной перенос поступает при этом в младший разряд выходного слова F.
16 логических операций позволяют воспроизводить все функции двух переменных. Арифметико-логические операции выполняются таким образом:
(АV )+(AB) – вначале поразрядно выполняются операции инвертирования (неВ), далее логического сложения (левая скобка), умножения (правая скобка), а затем полученные указанным образом два четырехразрядных числа складываются арифметически. При использовании АЛУ в качестве компаратора сигнал снимается с открытого коллекторного выхода (А=В).
При операциях над операндами большой разрядности АЛУ соединяют друг с другом с организацией
последовательных или параллельных переносов.
Последовательные переносы и Параллельные переносы
В последнем случае совместно с АЛУ применяют микросхемы – блоки ускоренного переноса CRU, получающие от отдельных АЛУ функции генерации и прозрачности, а так же входной перенос и вырабатывающие сигнал переноса по формулам (см. прошлую лекцию). Блок ускоренного переноса вырабатывает так же функции генерации и прозрачности для всей группы обслуживаемых им АЛУ, что при необходимости позволяет организовать параллельный перенос на следующем уровне (несколькими группами 4х АЛУ).
Реализации функции компаратора для группы АЛУ
Выход сравнения на равенство выполняется по схеме монтажной логики. Комбинируя сигналы равенства слов с сигналом переноса на входе группы при работе АЛУ в режиме вычитания, легко получить функции A<B и A>B. Если A<B, то при вычитании происходит заём из старшего разряда и на выходе F(A≤B) 1. Нет заёма – единица на F(A≥B).