مقاله بررسی مدارهاي ALU

مقاله بررسي مدارهاي ALU در 13 صفحه ورد قابل ويرايش

محاسباتي، منطقي و شيفت (ALU)

در كامپيوتر، به جاي اجراي ريز عمليات بر روي هر ثبات، معمولاً يك سري ثبات به يك واحد مشترك محاسباتي، منطقي و شيفت ALU متصل مي‌گردند. براي اجراي يك ريز عمليات، محتواي ثبات بخصوصي در ورودي ALU مشترك قرار مي‌گيرد. واحد ALU عمليات مربوط را انجام مي‌دهد، و نتيجه به ثبات موردنظر منتقل ي‌شود. چون ALU يك مدار تركيبي است، بنابراين، انتقال اطلاعات از ثبات منبع، به ALU و وارد كردن نتيجه به ثبات مقصد، در يك پريود پالس ساعت انجام مي‌شود.

مدار محاسباتي

ريز عمليات رياضي جدول (4-3) را مي توان در يك مدار محاسباتي انجام داد. مبناي اوليه اين مدار محاسباتي جمع كننده است كه با كنترل اطلاعات ورودي به اين جمع كننده، مي‎توان عمليات مختلف رياضي را انجام داد.

مدار شكل 2 يك مدار محاسباتي چهار بيتي را نشان مي‎دهد. اين مدار داراي 4 جمع كننده كامل FA و چهار مالتيپلكسر براي انتخاب عمليات مختلف مي‎باشد. مدار مذكور داراي چهار بيت ورودي A است كه مستقيماً به ورودي هاي X جمع كننده ها وارد مي‎شود و چهار بيت عدد B ، و مكمل آنها نيز به ورودي هاي 0 و 1 مالتيپلكسرها متصل شده است. در ورودي ديگر مالتيپلكسرها مقادير 0 و 1 قرار داده شده است و خروجي هاي مالتيپلكسرها نيز به ورودي Y جمع كننده ها اتصال دارد. چهار مالتيپلكسر مذكور توسط دو بيت انتخاب S1S0 كنترل مي‎شوند. بيت نقلي Cin ، به ورودي كوچكترين بيت جمع كننده متصل گرديده و بقيه بيت هاي نقلي خروجي جمع كننده ها، به ورودي بيت هاي نقلي جمع





كننده بعدي، وصل شده است.

عمل جمع را انجام مي دهد، كه A يك عدد 4 بيتي در ورودي Y , X چهار بيت، ورودي ديگر جمع كننده، و Cin بيت نقلي ورودي مي‎باشد. با كنترل نمودن مقدار Y توسط دو بيت انتخاب S1 , S0 ، مي‎توان هشت عمل رياضي جدول 1 را با اين مدار انجام داد.

به ازاء S1S0=1 باشد، اطلاعات، از ورودي 3 مالتيپلكسرها، كه برابر 1 است، وارد مالتيپلكسرها مي‎شود و در نتيجه ورودي Y جمع كننده ها برابر يك است. و چون 1111 مكمل 2 عدد 0001 است، بنابراين عدد A با مكمل 2 عدد يك جمع شده يعني از عدد A يكي كسر مي گردد پس D=A-1 است (در حالتيكه Cin=0). اگر Cin=1 باشد D=A-1+Cin=A مي‎شود يعني اطلاعات ورودي عيناً به خروجي انتقال داده مي‎شود.

به اين ترتيب با كنترل مقادير S1S0 در مدار مذكور، مي‎توان هر يك از عمليات، جمع، جمع با بيت نقلي، تفريق، يك اضافه كردن، يك كم كردن …، را انجام داد.

ريز عمليات منطقي

ريز عمليات منطقي، بر روي هر بيت ثبات ها به طور مجزا، انجام مي شود، به عنوان مثال ريز عمليات “يا منحصر XOR” بر روي محتواي دو ثبات R2 , R1 كه با عبارت زير بيان مي‎شود:



و باعث مي شود، به شرطي كه P=1 باشد ريز عمليات منطقي بين هر يك از بيتهاي ثبات‌هاي مذكور انجام و نتيجه در R1 قرار گيرد.

براي روشن شدن مطلب فرض مي كنيم هر يك از ثبات هاي مذكور كه 4 بيتي است داراي مقاديري به ترتيبر برابر R1 = 1010 و R2=1100 باشد. اجراي دستور يا منحصر فوق باعث مي‌شود كه عمليات زير:

معرفي ICهاي TTL: ALU

1- 74181 واحد منطقي رياضي (ALU) كه مي‌تواند 6 عمب منطقي و 6 عمل رياضي روي كلمات 4 بيتي انجام دهد.

2- 74281 واحد منطقي رياضي (ALU) دودويي موازي 4 بيتي (8 عمل رياضي، 7 عمل منطقي و 6 نوع جابجايي داده)

3- 74381 واحد رياضي منطقي (ALU) چهار بيتي (3 عمل رياضي و 3 عمل منطقي) و مولد توابع گوناگون

4- 74382 واحد رياضي منطقي (ALU) چهار بيتي (3 عمل رياضي و 3 عمل منطقي) با بيت نقلي سري و مولد توابع گوناگون

5- 74582 واحد رياضي منطقي (ALU) چهار بيتي (BCD)

6- 74681 واحد رياضي منطقي (ALU) سرعت بالاي دودويي 4 بيتي با 16 عمل منطقي و 16 عمل رياضي

7- 74881 واحد رياضي منطقي (ALU) (16 عمل منطقي يا 16 عمل رياضي روي دو كلمة 4 بيتي)

8- 741181 واحد رياضي منطقي (ALU) چهار بيتي و فانكشن ژنراتور

ALU CMOS:

1- 4581 – 4 بيتي – 16 عمل رياضي و 16 عمل منطقي

2- 40181 – 4 بيتي – 16 عمل رياضي و 16 عمل منطقي

3- 4057 – 4 بيتي -