بررسی مدارهای ALU

بررسی مدارهای ALU

واحد محاسباتی، منطقی و شیفت (ALU)

در کامپیوتر، به جای اجرای ریز عملیات بر روی هر ثبات، معمولاً یک سری ثبات به یک واحد مشترک محاسباتی، منطقی و شیفت ALU متصل می‌گردند. برای اجرای یک ریز عملیات، محتوای ثبات بخصوصی در ورودی ALU مشترک قرار می‌گیرد. واحد ALU عملیات مربوط را انجام می‌دهد، و نتیجه به ثبات موردنظر منتقل ی‌شود. چون ALU یک مدار ترکیبی است، بنابراین، انتقال اطلاعات از ثبات منبع، به ALU و وارد کردن نتیجه به ثبات مقصد، در یک پریود پالس ساعت انجام می‌شود.

مدار محاسباتی

ریز عملیات ریاضی جدول (4-3) را می توان در یک مدار محاسباتی انجام داد. مبنای اولیه این مدار محاسباتی جمع کننده است که با کنترل اطلاعات ورودی به این جمع کننده، می‎توان عملیات مختلف ریاضی را انجام داد.

مدار شکل 2 یک مدار محاسباتی چهار بیتی را نشان می‎دهد. این مدار دارای 4 جمع کننده کامل FA و چهار مالتیپلکسر برای انتخاب عملیات مختلف می‎باشد. مدار مذکور دارای چهار بیت ورودی A است که مستقیماً به ورودی های X جمع کننده ها وارد می‎شود و چهار بیت عدد B ، و مکمل آنها نیز به ورودی های 0 و 1 مالتیپلکسرها متصل شده است. در ورودی دیگر مالتیپلکسرها مقادیر 0 و 1 قرار داده شده است و خروجی های مالتیپلکسرها نیز به ورودی Y جمع کننده ها اتصال دارد. چهار مالتیپلکسر مذکور توسط دو بیت انتخاب S₁S₀ کنترل می‎شوند. بیت نقلی C_in ، به ورودی کوچکترین بیت جمع کننده متصل گردیده و بقیه بیت های نقلی خروجی جمع کننده ها، به ورودی بیت های نقلی جمع

کننده بعدی، وصل شده است.

شکل (4-9)

شکل 1 : یک مدار محاسباتی 4 بیتی

خروجی جمع کننده طبق رابطه: D=A+Y+C_in

عمل جمع را انجام می دهد، که A یک عدد 4 بیتی در ورودی Y , X چهار بیت، ورودی دیگر جمع کننده، و C_in بیت نقلی ورودی می‎باشد. با کنترل نمودن مقدار Y توسط دو بیت انتخاب S₁ , S₀ ، می‎توان هشت عمل ریاضی جدول 1 را با این مدار انجام داد.

جدول 1 : جدول محاسبات ریاضی

	جدول (4-4)

به ازاء S₁S₀=1 باشد، اطلاعات، از ورودی 3 مالتیپلکسرها، که برابر 1 است، وارد مالتیپلکسرها می‎شود و در نتیجه ورودی Y جمع کننده ها برابر یک است. و چون 1111 مکمل 2 عدد 0001 است، بنابراین عدد A با مکمل 2 عدد یک جمع شده یعنی از عدد A یکی کسر می گردد پس D=A-1 است (در حالتیکه C_in=0). اگر C_in=1 باشد D=A-1+C_in=A می‎شود یعنی اطلاعات ورودی عیناً به خروجی انتقال داده می‎شود.

در این شکل ورودی‌های بین i که B_i , A_I می‌باشند، وارد واحد ریاضی و منطقی می‌شوند، که با انتخاب S₁S₀، عملیات بخصوص بر روی آنها انجام می‌شود، و مالتیپلکسر 1×4، خروجی نتیجه محاسبات E_i و یا منطقی H_i را انتخاب می‌کند. دو ورودی دیگر مالتیپلکسر، ورودی‌های A_i-1 را برای عملیات شیفت راست، و A_i+1 را برای عملیات شیفت چپ. انتخاب می‌کنند. اطلاعات ورودی مالتیپلکسر خروجی، توسط متغیرهای S₃S₂ انتخاب می‌شوند. بیت نقلی خروجی C_i+1 دستگاه محاسبه، می‌بایستی به بیت ورودی نقلی C_I طبقه بعدی متصل شود. بیت نقلی ورودی اولین طبقه C_in به عنوان یک متغیر محاسباتی در عمل تفریق و یا سایر محاسبات می‌تواند بکار گیرد.

مدار شکل مذکور، یک طبقه از دستگاه محاسبه منطقی و شیفت است که با انتخاب پنج متغیر S₁S₀، S₃S₂، C_in می‌توان هشت نوع عملیات ریاضی، چهار عملیات منطقی، و دو نوع عملیات شیفت را انجام داد. اصولاً عملیات شیفت در واحد مجزا انجام می‌شود، ولی گاهی اوقات واحد شیفت قسمتی از ALU می‌باشد.

همانطوری که ملاحظه‌می‌شود، شکل (4-13) یک طبقه از مدار محاسبه منطقی و شیفت ALU است، که برای n بیت، می‌بایستی n بار تکرار گردد.

جدول (4-8) فهرست 14 نوع عملیات را در ALU نشان می‌دهد، که هشت عملیات اول، عملیات محاسباتی (جدول 4-4) است که با S₃S₂ = 00 انتخاب می‌گردند. چهار سطر بعدی عملیات منطقی می‌باشند که با S₃S₂ = 01 انتخاب می‌شوند. که در این عملیات، بیت نقلی ورودی C_in اثری ندارد، و با علامت بی‌تفاوت x نشان داده شده‌است. و دو سطر آخر عملیات شیفت است که با S₃S₂ = 01 انتخاب می‌گردند، که در این حالت سه متغیر دیگر S₁S₀C_in اثری ندارند.

خرید فایل