Арифметико-логические устройства и блок ускоренного умножения. Схемы наращивания АЛУ при последовательном и параллельном переносах

Арифметико-логические устройства АЛУ (ALU, Arithmetic-LogicUnit) вы­полняют над словами ряд действий. Основой АЛУ служит сумматор, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности АЛУ и обеспечивающей его перестройку с одной операции на другую.

Обычно АЛУ четырёхразрядные и для наращивания разрядности объединяются с формированием последовательных или параллельных переносов. Логические возможности АЛУ разных технологий (ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ) сходны. В силу самодвойственности выполняемых операций условное обозначение и таблица истинности АЛУ встречаются в двух вариантах, отличающихся взаимно инверсными значениями переменных.

АЛУ (рис. 2.35) имеет входы операндов А и В, входы выбора операций S, вход переноса C_i и вход М (Моdе), сигнал которого задает тип выполняемых операций: логические (М = 1) или арифметико-логические (М = 0). Результат операции вырабатывается на выходах F, выходы G и Н дают функции генерации и прозрачности, используемые для организаций параллельных переносов при наращивании размерности АЛУ. Сигнал C₀ — выходной перенос, а выход А = В есть выход сравнения на равенство с открытым коллектором.

Шестнадцать логических операций позволяют воспроизводить все функции двух переменных. В логико-арифметических операциях встречаются и логи­ческие и арифметические операции одновременно.

Запись типа А \/ + АВ следует понимать так: вначале поразрядно выполняются операции инвертирования (В), логического сложения (А \/ В) и умножения (АВ), а затем полученные указанным образом два четырехразряд­ных числа складываются арифметически.

При операциях над словами большой размерности АЛУ соединяются друг с другом с организацией последовательных (рис. 2.36, а) или параллельных (рис. 2.36, б) переносов. В последнем случае совместно с АЛУ применяют микросхемы — блоки ускоренного переноса, получающие от отдельных АЛУ функции генерации и прозрачности, а также входной перенос и вырабатывающие сигналы переноса.

Блок CRUвырабатывает также функции генерации и прозрачности для всей группы обслуживаемых им АЛУ, что при необходимости позволяет организовать параллельный перенос на следующий уровень (между несколькими группами из четырёх АЛУ).

Схема ускоренного переноса (CRU или GPR)

1 - инверсный вход G1;2 - инверсный вход P1;3 - инверсный вход G0;

4 - инверсный вход P0;5 - инверсный вход G3;6 - инверсный вход P3;

7 - выход P; 8 - общий; 9 - выход C_n+z;10 - инверсный выход G;

11 - инверсный выход C_n+y;12 - инверсный выход C_n+x; 13 - вход C_n;

14 - инверсный вход G2; 15 - инверсный вход P2;