Komponente digitalnih sistema

1.4 Aritmetičko-logička jedinica
Komponente digitalnih sistema
Aritmetičko‐logička jedinica (ili ALU prema engleskom nazivu Arithmetic and Logic Unit) je
višefunkcionalno kombinaciono kolo koje može da obavi bilo koju od više različitih aritmetičkih i
logičkih operacija nad parom b‐bitnih operanada. Pri tom, jedna od raspoloživih operacija bira se
preko skupa selekcionih ulaza. Broj i složenost operacija podržanih od strane ALU modula su pitanje
izbora projektanta i mogu značajno da variraju od ALU do ALU modula. Tipične aritmetičke operacije,
koje se sreću kod većine ALU modula, obično su zasnovane na sabiranju, kao na primer, sabiranje,
oduzimanje, inkrementriranje i dekrementiranje. Inkrementiranje je operacija sabiranja sa 1, a
dekrementiranje oduzimanja za 1. Međutim, postoje i ALU moduli koji su u stanju da obavljaju i
složenije aritmetičke operacije, kao što su množenje, deljenje, stepenovanje, pomeranje, poređenje i
dr. Tipične logičke operacije su AND, OR, komplement, XOR.
Postoje dva glavna razloga za projektovanje ALU jedinica u obliku standardnih modula. Prvo,
dostupnost univerzalnih aritmetičkih modula omogućava da se isti modul koristi u mnogim različitim
primenama, čime se smanjuje broj različitih modula koji se koriste u projektovanju. Drugo, ALU
moduli se mogu efikasno koristiti u sistemima, kao što je procesor, kod kojih operacija koju treba
obaviti u datom trenutku bira dinamički, od strane upravljačke jedinice procesora.
U ovom odeljku biće izložen postupak projektovanje jedne konkretne 4‐bitne ALU jedinice. S obzirom
da su aritmetičke operacija zasnovane na sabiranju, ALU se može projektovati tako što će se
modifikovati ulazi binarnog sabirača. Logika koja obavlja ovu modifikaciju, a tiče se aritmetičkih
operacija, zove se aritmetički ekspander (AE), dok se ona koja se koristi za logičke operacije zove
logički ekspander (LE). Ekspanderi su povezani su na ulaz sabirača, na način kako je to prikazano na Sl.
1‐4. U nastavku će biti izložena procedura projektovanja ekspandera AE i LE na primeru ALU jedinice
koja obavlja četiri aritmetičke i četiri logičke operacije.
Najpre, neophodan je ulaz za izbor režima rada, M, koji će birati između aritmetičkih ili logičkih
operacija, tako da pri M=1, ALU obavlja aritmetičke, a pri M=0 logičke operacije. Takođe, potrebne su
dva ulazna signala za izbor operacije, S1 i S0, koji će, u zavisnosti od vrednosti ulaza M, birati jednu od
četiri aritmetičke ili četiri logičke operacija, na način kako je to definisano funkcionalnom tabelom sa
Sl. 1‐5(a), za aritmetičke, i tabelom sa Sl. 1‐5(b) za logičke operacije.
Sl. 1‐4. 4‐bitni sabirač u spoju sa aritmetičkim (AE) i logičkim (LE) ekspanderima.
8