Арифметико-логические устройства

Лабораторная работа №6

по курсу: «Цифровые устройства и микропроцессоры»

 

на тему: «Исследование арифметико-логического устройства»

 

 

 

Саранск 2009

Лабораторная работа №6

Исследование арифметико-логического устройства

Цель работы: исследовать арифметико-логические устройства и изучить принцип их работы.

 

Краткие теоретические сведения

 

Арифметико-логические устройства.

Интересными свойствами обладают специализированные микросхемы, выполняющие в соответствии с программой на входах арифметические и логические преобразования двоичной информации. Эти микросхемы так и называются - арифметико-логическими устройствами (АЛУ). По сравнению с приборами, работающими по жесткой, наперед заданной программе, АЛУ представляют собой устройства более высокого класса. В микропроцессорной технике АЛУ являются базовыми элементами. Они пользуются в сочетании с регистрами сдвига, оперативными запоминающими устройствами и другими узлам.

Рис 1. Условное обозначение микросхемы К155ИП3.

 

АЛУ дороже простых микросхем, однако, благодаря универсальным свойствам, применение их в аппаратуре во многих случаях оказывается оправданным. АЛУ, принадлежащие к разным видам логик, в частности к ТТЛ - типа К155ИПЗ и КМОП - типа 564ИП3 функционально во многом совпадают, в том числе и по разводке выводов, поэтому описание будет идти применительно к одному типу— К155ИПЗ.

Микросхема К155ИП3 предназначена для действий с двумя четырехразрядными двоичными словами: А=А₃А₂А₁А₀ и В=В₃В₂В₁В₀, как представлено на рисунке 1. Конкретный вид операции, выполняемой микросхемой, задается пятиразрядным кодом на входах MS₃S₂S₁S₀. Всего это АЛУ способно выполнить 2⁵=32 операций: 16 логических (И, И –НЕ,ИЛИ, ИЛИ – НЕ, исключающее ИЛИ и др.) и 16 арифметических и арифметико–логических (сложение, вычитание, удвоение, сравнение чисел и ряд иных). Операции сложения и вычитания проводятся с ускоренным переносом из разряда в разряд. Кроме того, имеется вход приема сигнала переноса С.

На выходах F₀,F₁, F₂, F₃ формируются результаты логических преобразований и арифметических действий. На выходе переноса С₄ образуется сигнал старшего (пятого) разряда при выполнении арифметических операций. Дополнительные выходы – образования ускоренного переноса G и распространения ускоренного переноса Р – используются только при организации многоразрядных АЛУ в случае их сочетания с блоком ускоренного переноса К155ИП4 (или 564ИП4 для микросхем КМОП).

Слова А и В, подлежащие обработке, могут быть представлены в положительной или отрицательной логике. Таблицы истинности для каждого варианта логики различны (таблица 1). Во избежание путаницы уровни сигналов обозначены в них буквенными символами. Результаты арифметических операций выражены в дополнительном коде. Как отмечалось, числа в дополнительном и обратном кодах связаны простым соотношением: N_доп=N_обр+1 или N_обр=N_доп-1. Поэтому в тех строках таблицы 1, где указана операция «минус 1», результат арифметических действий представлен в обратном коде.

Старший разряд кода выбора операции (вход М) определяет характер действий, выполняемых АЛУ. Когда на этом входе сигнал высокого уровня, АЛУ производит логические операции поразрядно над каждой парой бит слов А и В. Внутренний перенос в этом режиме бездействует.

Арифметические операции выполняются, когда на входе М установлен низкий потенциал, который является также разрешающим сигналом для переноса между разрядами. Выходной результат формируется с учетом состояния входа переноса. Оба сигнала переноса – входной С и выходной С₄ – инверсны относительно сигналов на входах А и В, т.е. когда слова А и В – в положительной логике, сигнал переноса отвечает низкий уровень напряжения на соответствующем выводе, а в отрицательной логике – наоборот.

Таблица 1. Функциональная зависимость выходов