Арифметико-логические устройства. Структура, подход к проектированию, основные уравнения работы АЛУ

АЛУ - это комбинационная схема, предназначенная для выполнения арифметических и поразрядно логических операций над многоразрядными словами. Основные требования к АЛУ:

- выполнение различных арифметико-логических операций (выполнение данного требования обеспечивает набор команд, которые сможет выполнять микропроцессор);

- обеспечение межразрядного переноса при выполнении арифметических операций (от этого зависит быстродействие вычислительной системы);

- обеспечение наращивания разрядности обрабатываемых слов однотипными секциями АЛУ.

Основой АЛУ является одноразрядный комбинационный сумматор SM*, который изменяет свою конфигурацию в зависимости от управляющего слова S. Управляющее слово, как правило, входит в состав микрокоманды и определяет тип операции над операндами (сложение, вычитание и т.д.). Сигнал М (модификатор) обеспечивает выполнение арифметических операций при и логических при .

- бит переноса;

-разряды операндов A,B.

- разряды результата.

Работу одноразрядного комбинационного сумматора можно описать выражением:

используя правило представления логических функций можно записать:

для реализации арифметической операции сложения необходимо полностью сохранить данное выражение, а для реализации логической операции ИЛИ необходимо исключить операции и . Для этого аналитическое выражение дополняется управляющими сигналами S, которые могут принимать в зависимости от определенных условий значения 0 или 1.

Если в данное выражение подставить:

М=0, S3 = 0, то результат операции будет логическое ИЛИ над многоразрядными операндами А и В, М = 1, S3 = 1, то результат операции будет арифметическая операция сложения многоразрядных операндов А и В.

Для выполнения операции вычитания возьмем инверсию числа b. Тогда получим:

Опираясь на выражения (2) и (3) можно записать