Арифметико-логические устройства (АЛУ)

Последовательные двоичные сумматоры

В последовательных сумматорах числа X и Y поступают в последовательном коде, начиная с младших разрядов. Функциональная схема последовательного сумматора представлена на рис. 74. Сумматор в каждом такте вычисляет значение суммы с учетом переноса из предыдущего такта сложения, т.е. в сумматоре должен запоминаться перенос C_i+1 в следующий разряд. Для этого в сумматоре используется D-триггер, который перед сложением должен обнуляться, т.к. C₀= 0. Функции последовательного сумматора можно представить в виде: C_i+1 = x_iy_i + x_iC_i + y_iC_i = D (вход триггера); S_i = x_i Е y_i Е C_i. Сумма S_i также формируется в последовательном коде. Для реализации используется трех входовой мажоритарный элемент D1.

Сложность последовательных сумматоров не зависит от разрядности чисел x_i, y_i. Разрядность определяет время сложения, что является существенным недостатком. По приведенной функциональной схеме реализована ИМС последовательного сумматора ИМ7.

Рис. 74

АЛУ – это функционально законченное устройство, выполняющее определенный набор арифметических и логических операций над двумя многоразрядными числами. Набор операций определяется областью применения АЛУ. Стандартные АЛУ обычно выполняют полный набор логических функций двух переменных, арифметическое сложение и вычитание. Т.е. АЛУ включает в себя сумматор и набор комбинационных схем.

В виде отдельных ИМС выпускаются секции АЛУ – 2-х, 4-х, 8-и разрядные. Для обработки чисел с большей разрядностью осуществляется параллельное каскадирование отдельных секций. Для ускорения операций сложения в АЛУ используются схемы ускоренного переноса, для чего в каждой секции формируются вспомогательные функции P_i и G_i. На рис. 75,а представлено УГО АЛУ с полным набором функций. К таким АЛУ относится ИП3 – 4-х разрядная секция.

Рис. 75

Все АЛУ по выходам F_i и F_A=B выполняют одинаковые арифметические и логические операции. Арифметические операции задаются значением сигнала М(Mode)=0, а логические М =1. Выбор одной из 16 логических или арифметических операций задается кодом Е(Е₃Е₂Е₁Е₀).

Таблицы функций конкретных АЛУ приводятся в справочниках.

Сигналы переносов С₀, C_i, P и G используются для организации ускоренного переноса при каскадировании секции АЛУ. Кроме того С₀ и С_i позволяют последовательно соединять отдельные секции.

Кроме универсальных АЛУ выпускаются АЛУ с сокращенным числом операций. К таким АЛУ относятся 4-х разрядные секции ИК2 (рис. 75, б). Данная АЛУ не имеет сигнала C_i, что допускает только параллельное наращивание секций с использованием сигналов P и G. В ИК2 отсутствует разделение функций на логические и арифметические. Для организации ускоренного переноса при объединении секции АЛУ используются специальные ИМС, например, ИП4 – устройство ускоренного переноса для четырех 4-х разрядных АЛУ (рис. 75, в).

Дата добавления: 2014-01-15