Арифметическо-логическое устройство

Балаковский Институт Техники Технологии и Управления Саратовский Государственный Технический Университет Лабораторная работа № 5

Арифметическо-логическое устройство Выполнила Студент гр. УИТ-3з:

Мордовенкова Анна Балаково 2008

Основные понятия

Арифметическо — логическое устройство входит в состав процессора и является операционным блоком, выполняющим арифметические и логические микрооперации, обеспечивающим прием из других устройств операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в дpугиe устройства.

Арифметическо — логические устройства служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами. Выполняемые в АЛУ операции МОЖНО разделить на следующие гpyппы:

— операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

— операции двоичной apифмeтики для чисел c плавающей точкой;

— операции десятичной арифметики;

— операции специальной арифметики;

— операции над логическими кодами (логические операции);

— операции над алфавитно — цифровыми полями.

Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции Всех приведенных выше групп, а микро — ЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют aппapaтуpы арифметики чисел c плавающей точкой, десятичной арифметики и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае зти операции выполняются специальными подпрограммами. К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции») и умножение и деление («длинные операции`). Группы логических операций составляют операции дизъюнкций (логическое ИЛИ) и конъюнкции (логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специaльныe арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые paзряды, знаковый разряд остается на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе c цифровыми разрядами). Параметры для АЛУ современных ЭВМ:

длина слова З2 — 64 разряда (4 — 8 байт), скорость paбoты зависит от частоты процессора, в состав которого входит АЛУ, и типа выполняемых операций.

Описание работы стенда

Лабораторный стенд 'Универсальное АЛУ" предназначен для действий над двумя четырехразрядными двоичными словами: A = A3A2A1Ao и B = ВЗВ2В1В0, кoтopые поступают на информационные входы микросхемы (рис. 1). Конкретный вид операции, выпoлняeмoй АЛУ, задается пятиразрядным кодом на управляющих входах МFзF2F1F0. Всего стенд способен выпoлнить 25=32 операции: 16 логических (И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ и др.) и 16 арифметических и арифметическо — логических (сложение, вычитание, сравнение чисел и пр). Операции сложения и вычитания проводятся c ускоренным переносом из разряда в разряд. На выходах So, Si, S2 и S3 формируются результаты логических преобразований и арифметических действии.

На выходе переноса C4 образуется сигнал старшего (пятого) разряда при выполнении арифметических операций.

Bыхoды (А=В), G, P используются при работе АЛУ в режиме компаратора и при организации многоразрядных АЛУ. B работе данного стенда они не используются.

Четырехразрядные слова A и B, подлежащие обработке, могут быть представлены в положительной либо отрицательной логике. Таблицы истинности для каждого варианта логики различны и отображены в сводной таблице 1.

Уровни сигналов обозначены буквенными символами: L — низкий уровень напряжения; H — высокий уровень напряжения. Рeзультaты арифметических операцию выpaжены в дополнительном коде. Как отмечалось, числа в дополнительном и в обратном коде связаны простым соотношением Nдоп = Noбp+ 1 или Nобр = Nдоп+1. Поэтому в тех строках таблицы, где указана операция «- 1', результат арифметических действий представлен в обратном коде. Старший разряд кода выбopa операции (вход М) определяет характер действий, выполняемых АЛУ. Когда на этом входе сигнал выcoкогo уровня, АЛУ производит логические операции поразрядно над каждой парой бит слов A и В.

Таблица 1. Функциональная зависимость выходов микросхемы К155ИП3 от состояния входов

Примечания.

1. L — низкий уровень yапряжения; Н — высокий уровень напряжения.

2. Высокий уровень напряжения {Н} на выходе A = B имеет место при равенстве слов A и В;

* - Равнозначно тому, что каждый разряд сдвинут в направлении бoлее высокого разряда;

— отрицание (операция NE);

AB — конъюнкция (операция И);

А v В — дизъюнкция (операция ИЛИ);

— логическая неравнозначность (исключающее ИЛИ).

Внутренний перенос в этом режиме бездействует. Аpифмeтичecкиe операции выполняются, когда на входе М установлен низкий потенциал, который является также разрешающим сигналом для переноса между разрядами. арифметический логический устройство микросхема Выходной результат формируется c учетом состояния входа переносa. Оба сигнала переноса — входной C и выходной С4 — инверсные oтноcитeльнo сигналов на входах A и В, т. е. когда слова, А и В — в положительной логике, сигналу nepeнoca отвечает низкий уровень напряжения нa соответствующем выводе (светодиод на выходе не горит), a в отрицательной логике — наоборот.

Если AЛУ выполняет логическо — арифметическую операцию, логическая функция реализуется поразрядно, a арифметическая c переносом.

Лицевая панель стенда состоит из таблицы функционирования АЛУ (таблица 1) и условного графического изображения АЛУ (рис. 1) c присоединенными к его входам переключателями и светодиодами нa выходах.

Все переключатели в правом положении подают на вход AЛУ логичecкyю единицу, в левом — логический ноль. Все переключатели имеют обозначение: A и B — слова, М и F — входыl для установки кода операции, Cвход приема сигнала переноса.

Выходы микросхемы oбoзнaчeны буквой S. Цифры при буквах обоэначают разряд (цифра больше — разряд старше и наоборот).

Рис. 1 Назначение входов и выходов универсального арифметическо ;

логического устройства (микросхема К5511П3)

Таблица 2. Результаты проверки переключательных функций

M=L, C=H.

M=H, C=L.

M=H, C=H.