Цифровое оборудование

Арифметическо - логическое устройство

В реальных цифровых устройствах, сумматоры в чистом виде встречаются не очень часто. В процессорах чаще применяется другая типовая схема. Эта схема ненамного сложнее сумматора, но позволяет выполнять не только сложение, а 16 различных арифметических, и 16 логических операций. Такая схема называется Арифметическо - Логическое Устройство, или сокращенно – АЛУ. Так выглядит схема одного разряда АЛУ:

Для получения АЛУ большей разрядности, к этой схеме сверху и снизу можно пририсовывать точно такие же схемы, соответственно соединяя управляющие сигналы S0-S4, а также входы и выходы переноса. Выходы P и G служат для подключения схемы ускоренного переноса, если необходимо получить высокую скорость работы при большой разрядности АЛУ.

Управляющие входы S0-S3 определяют тип операции, выполняемой АЛУ. Сигнал S4 выбирает один из двух наборов операций – арифметические либо логические операции. Остальные разряды определяют саму операцию.

Арифметическо-логическое устройство – схема комбинационного типа, не требующая для своей работы каких-либо привязанных ко времени тактовых сигналов. Результат операции появляется на выходе АЛУ спустя задержку, равную сумме задержек логических элементов, образующих самую длинную цепь внутри АЛУ. Из-за последовательного прохождения переноса через все разряды АЛУ, длина самой длинной цепи, а следовательно, и общая задержка АЛУ растет пропорционально его разрядности. Грубо говоря, задержка 32-разрядного АЛУ будет в 32 раза больше, чем задержка одноразрядного АЛУ. Использование специальных схем ускоренного переноса позволяет в несколько раз уменьшить задержку многоразрядных АЛУ.