Circuit UAL - Unitate Aritmetica si Logica

Unitatea aritmetica si logica

Unitatile aritmetice si logice sunt circuite logice combinationale complexe care executa pe baza unor comenzi functii de tip aritmetic si logic. O unitate aritmetica si logica este capabila sa execute 16 operatii logice intre doua variabile booleane si 16 operatii aritmetice intre doua variabile binare pe 4 biti. UAL se utilizeaza in sisteme digitale complexe sau ca parti componente in unitatile de prelucrare ale sistemelor de calcul.Un exemplu de UAL il reprezinta circuitul TTL 74181. Un circuit TTL 74181 are urmatoarele intrari si iesiri tipice :

intrari pentru operanzi : A3:0 , B3:0

o intrare de transport : cn o intrare de mod : M = 0 pentru operatii aritmetice si M = 1 pentru operatii logice

intrari pentru selectarea operatiei : S3:0 iesiri pentru functie : F3:0 o iesire pentru transport cn+4 o iesire pentru indicarea egalitatii operanzilor : (A=B)

iesiri pentru transport anticipat : P,G.

Pentru realizarea unor UAL-uri pe mai multi biti in conditiile in care nu se mai urmareste realizarea unor viteze mari de prelucrare se foloseste transportul succesiv prin conectarea lui cn+4 de la un circuit la cn de la circuitul urmator.

Configuratia pinilorCircuitul poate functiona in logica pozitiva sau negativa, intrarile si iesirile fiind inversate in cazul utilizarii circuitului in logica negativa.

Nr. pinului2123222120191891011137161517

Logica negativa

CnCn+4

Logica pozitivaA0B0A1B1A2B2A3B3F0F1F2F3

XY

In continuare vor fi prezentate tabelele cu selectiile operatiilor in functie de logica pozitiva sau negativa utilizata. Operatiile se aleg in functie de selectiile S3:0 , ele fiind operatii logice pentru M=1 (HIGH) si aritmetice pentru M=0 (LOW). Corespunzator logicii negative, selectia operatiilor va fi prezentata in tabelul 1, iar pentru logica pozitiva, operatiile vor fi prezentate in tabelul 2.

Tabelul 1

Tabelul 2

Pe langa aceste operatii, circuitul TTL 74181 poate fi utilizat si pe post de comparator. Iesirea A=B este conectata la iesirile F3:0 si aceasta va returna 1(HIGH) atunci cand operanzii A si B sunt egali. Selectiile si modul trebuie alese corespunzatoare operatiei aritmetice de scadere cu Cn=H pentru logica negativa si =L pentru logica pozitiva, in ambele cazuri selectiile fiind S0=0, S1=1, S2=1, S3=0, iar modul M=0, pentru a selecta operatii aritmetice. Pentru restul cazurilor de comparatie, circuitul trebuie sa execute tot operatia de scadere, iar rezultatul comparatiei va fi dat de aceasta data de iesirea de transport Cn+4 dupa cum se observa in tabelul urmator :

Diagrama logica

Experiment de laborator 1Se va utiliza o unitate aritmetico-logica pentru efectuarea unei operatii logice

Pentru realizarea experimentului sunt necesare urmatoarele :

un circuit TTL 74181;

doua switch-uri;

un generator de semnale;

macheta;

sursa de alimentare a machetei;

analizor cu sursa de alimentare legat la un calculator;

Se va lucra in logica pozitiva.

Realizarea experimentului :

in primul rand se introduce circuitul TTL 74181 in soclul cu 24 de pini al machetei legandu-se pinul 12(GND) la masa machetei si pinul 24(VCC) la tensiunea de 5 V a machetei; se introduc cele 2 switch-uri in 2 socluri cu 16 pini ale machetei si se leaga la fiecare pinul 8(GND) la masa si pinul 16(VCC) la alimentare;

pinul 8, corespunzator lui M este conectat la o iesire permanenta de 1 a unui switch;

pinii corespunzatori selectiilor(6,5,4,3) se leaga la pinii 9,10,12,13 ai unui switch,stabilindu-se pozitia selectiilor S0=1, S1=1, S2=0, S3=1, selectii corespunzatoare efectuarii operatiei de si logic; pinii 1,22,20,18 ai circuitului UAL, corespunzatori intrarilor operandului B se conecteaza la pinii 9,10,12,13 ai celuilalt switch, realizandu-se operandul B dupa cum urmeaza : B0=1, B1=1, B2=0, B3=1;

pinii 2,23,21,19, corespunzatori intrarilor operandului A vor fi legati la un generator de semnale dupa cum urmeaza : intrarea A0 va fi fortata 0, A1 va primi un semnal cu o perioada de 23 ms, A2 un semnal cu o perioada de 46 ms si A3, semnalul cu perioada cea mai mare, de 92 ms;

pinii corespunzatori operandului A de pe circuitul TTL 74181, alaturi de iesirile F3:0 sunt conectate la analizor, utilizandu-se 8 intrari ale sondei A a acestuia;

este pornita sursa machetei si a generatorului de semnal, iar captura semnalelor de pe analizor este prezentata in figura de mai jos : Experiment de laborator 2

Se va utiliza o unitate aritmetico-logica pentru calcularea timpului de intarziere al circuitului la o operatie aritmetica

_1243367531.unknown

_1243367661.unknown

_1243367688.unknown

_1243367806.unknown

_1243367997.unknown

_1243367966.unknown

_1243367780.unknown

_1243367674.unknown

_1243367628.unknown

_1243367637.unknown

_1243367532.unknown

_1243367414.unknown

_1243367529.unknown

_1243367530.unknown

_1243367429.unknown

_1243367370.unknown