Выполнение лабораторной работы. Оформите лабораторную работу: запишите заголовок работы, определение одноразрядного сумматора

Оформите лабораторную работу: запишите заголовок работы, определение одноразрядного сумматора. Пстройте таблицу истинности одноразрядного сумматора. Запишите уравнения для суммы и переноса. Минимизируйте функцию переноса.

Постройте схему по полученным уравнениям. Исследуйте работу схемы в MultiSim (проверяется работа сумматора по таблице истинности). Постройте временную диаграмму. Поясните полученные результаты.

Соберите 4-х разрядный сумматор на одноразрядных сумматорах и исследуйте его работу для различных входных данных.

Объясните результаты работы. Запишите выводы по полученным результатам.

Вопросы для подготовки к отчету:

1. Какие функции выполняет схема исключающее «ИЛИ».

2. Чем отличается полусумматор от полного сумматора?

3. Дайте определение одноразрядного сумматора и приведите его таблицу истинности.

4. Приведите схему одноразрядного сумматора.

5. Как формируется перенос в двоичных сумматорах с последовательным переносом.

6. Как можно повысить быстродействие многоразрядного сумматора.

 

15. Лабораторная работа № 15

Исследование АЛУ

Цель работы: Изучить работу АЛУ. Исследовать выполнении операций в АЛУ средствами Multisim.

Задание: Ознакомиться с теорией построения и работы АЛУ. Провести исследование микросхемы АЛУ в программе MultiSim. Ознакомиться со способом использования АЛУ в качестве компаратора.

Теоретическое введение

Арифметико-логическое устройство – АЛУ (Arithmetic-Logic Unit - ALU) представляет собой комбинационное устройство, выполняющее определенный набор операций обработки данных. Арифметико-логические устройства позволяют выбирать вид выполняемой операции при помощи кода, подаваемого на специальные выводы микросхемы. Это позволяет программировать одно и то же устройство для выполнения различных функций. Разработка и совершенствование программируемого АЛУ, привело к разработке микропроцессорных систем, а затем и микропроцессоров. В современных микропроцессорах работает параллельно несколько АЛУ, предназначенных для выполнения целочисленных операций, операций над числами, представленными в формате с плавающей точкой, операции над потоками данных и т.д.

Чтобы представить как это работает, рассмотрим простейшее программируемое АЛУ, схема которого приведена на рис. 2.15.1.

 

 

Рис. 2.15.1. Функциональная схема простейшего АЛУ

Мы могли бы собрать и следовать такую схему средствами MultiSim, но поступим проще. Исследуем микросхему АЛУ. Рассмотрим подробнее таблицу функций АЛУ.

АЛУ работает в режиме выполнения логических операций при значении управляющего сигнала «М»=«1» и в режиме выполнения арифметических операций при значении управляющего сигнала «М»=«0». В таблице 2.15.1 показаны выполняемые логические и арифметические операции в зависимости от кодовой комбинации на управляющих входах «S0, S1,S2, S3» (АЛУ способно выполнять 32 арифметических операции и 16 логических). Операции сложения и вычитания выполняются в АЛУ с ускоренным переносом для организации ускоренного переноса между секциями АЛУ при наращивании разрядности АЛУ используются выходы «P» и «G». В схеме есть вход приема сигнала переноса из предыдущей секции АЛУ – «Cn».

Логические операции выполняются независимо в каждом разряде.
Арифметические операции выполняются с учетом переносов и займов (при вычитании).

На выходы «F3 F2 F1 F0» выдаются результаты выполняемых операций.
На выходе «Cn+4» образуется сигнал переноса в следующую микросхему АЛУ.

Вывод (А=В) служит для определения соотношения неравенства между числами А и В при этом дополнительно для оценки соотношения используется сигнал «Cn+4».

Таблица операций, выполняемых АЛУ, приведена на рис. 2.15.2.

 

Рис. 2.15.2. Таблица операций простейшего АЛУ

Исследуем работу АЛУ в программе MultiSim. Выберем для исследования микроcхему 74LS181DV(Alu/Function Generator). Ее обозначение на схеме показано на рис. 2.15.3.

Рис. 2.5.3. Микросхема АЛУ 74LS181DV

 

На рисунке 2.15.4 Приведена таблица функций, выполняемых данной схемой. Найти функции любого элемента схемы можно, открыв свойства элемента (правой кнопкой мыши) и выбрав Ucer fields/Info.

Рис. 2.15.4. Таблица операций микросхемы АЛУ 74LS181DV

 

Построим схему. Учитывая, что данные на входы подаются в инвертированном виде, поставим инвертор на каждый инверсный вход и выход микросхемы. Схема исследования АЛУ приведена на рис. 2.15.5.

 

 

Рис. 2.15.5. Схема исследования работы АЛУ