Логического отрицания

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными, поступающими из устройств памяти или ввода — вывода. Устройство управления декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы, необходимые для того, чтобы АЛУ и вся система могли выполнять требуемые функции. В микропроцессорных системах устройство управления и АЛУ соединены в одну большую интегральную схему (БИС), которая называется центральным процессорным элементом (ЦПЭ) или просто центральным процессором (ЦП), выполняющим все функции обработки данных и управления.

Арифметшеско-логическое устройство (АЛУ) производит арифметические и логические преобразования над поступающими в него машинными словами, т. е. кодами определенной длины, представляющими собой числа или другой вид информации. Количество разрядов в машинном слове обычно совпадает с количеством разрядов в основных регистрах АЛУ.

Часть свойств ЭВМ приобретает благодаря наличию в ее составе электронного или электромеханического оборудования; специально предназначенного для реализации этих свойств. Арифметическо-логическое устройство машины является примером аппаратурных средств.

По своим функциям АЛУ является операционным блоком (см. § 6.1), выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

Арифметическо-логическое устройство рассмотренного типа широко используется для деления.

Упрощенная структурная схема процессора представлена на 9.1. На схеме изображены только его основные части: арифметическо-логическое устройство АЛУ, управляющее устройство (управляющий' автомат) УУ, блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием.

Арифметическо-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными. В общем случае в АЛУ выполняются логические преобразования над логическими кодами фиксированной и переме?1ной длины (над отдельными битами, группами бит, байтами и их последовательностями), арифметические операции над числами с фикси-

Арифметическо-логическое устройство, выполненное в виде комбинационной схемы с собственным регистром временного хранения, производит арифметические и логические операции над 8-разрядными операндами. Один вход АЛУ связан с аккумулятором, а другой может быть соединен с любым общим регистром. Имеется включаемый специальной командой десятичный корректор, превращающий результат непосредственно предшествующей операции двоичного сложения (вычитания) над двоично-десятичными операндами в результате соответствугй-щей операции десятичной арифметики (см. гл. 7).

Арифметическо-логическое устройство содержит четырех-байтный и однобайтный блоки операций. Четырехбайтный блок с 32-разрядным сумматором служит для операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей точками, а также над логическими кодами. Однобайтный блок с 8-разрядным сумматором выполняет операции над десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями переменной длины (см. гл. 7).

Для повышения надежности в Стреле было реализовано арифметико-логическое устройство потенциального типа на большой диодной трехвходовой матрице. На два входа подавались параллельно представленные в потенциальном коде операнды, на третий вход — код операции. После некоторого времени, в течение которого происходили переходные нестационарные процессы, на выходных шинах матрицы устанавливались потенциалы, представляющие код результата. ОЗУ было выполнено на электронно-лучевых трубках. Трехадрес-ная система команд имела набор операций, удобный для программирования сложных научных вычислений.

Арифметическо логическое устройство t ОЗУ

Все возможные логические функции п переменных можно образовать с помощью трех основных операций: логического отрицания (инверсии, операции НЕ), логического сложения (дизъюнкции, операции ИЛИ), логического умножения (конъюнкции, операции И).

л — дизъюнкции (логического сложения); б — конъюнкции (логического умножения); в — «нверсии (логического отрицания)

Все возможные логические функции любого числа логических переменных можно образовать с помощью трех основных операций: логического отрицания (инверсии, операции НЕ), логического сложения (дизъюнкции, операции ИЛИ) и логического умножения (конъюнкции, операции И). Инверсия обозначается знаком «—»над переменной, например В = А. Логическая операция ИЛИ для двух переменных А и В записывается в виде С = А + В и определяется следующим образом: С = 1, если Л = 1 или В = 1, или А — В— — 1, Логическая операция И для двух переменных А ч В представляется как С = АВ, т. е. С= 1 только в том случае, когда А = 1 и 3=1. Комбинация логических операций НЕ и ИЛИ приводит к более сложной функции ИЛИ-НЕ: С = А + В. В этом случае значения, принимаемые логической переменной С, противоположны ее значениям для операции ИЛИ. Сочетание операций НЕ и И дает логическую функцию И-НЕ: С = АВ.

Какая это схема? Логического отрицания 89

рацией логического отрицания). Операцию инверсии записывают в

Диодно-резисторные и транзисторные логические схемы. К наиболее простым схемам логических элементов относятся диодно-резисторные схемы. Реализация логических функций осуществляется за счет использования нелинейных свойств диода. В связи с тем что в таких элементах отсутствует источник питания, коэффициент передачи мощности между логическими элементами всегда меньше единицы. Поэтому при последовательном соединении между ними обычно включают усилительные и формирующие каскады. Кроме того, на базе диодно-резисторных схем нельзя непосредственно реализовать функцию логического отрицания НЕ. В соответствии со смыслом логического отрицания при подаче на вход элемента НЕ информации, соответствующей единице (например, высокого потенциала), на выходе должен получиться низкий потенциал, соответствующий нулю, и наоборот. Таким свойством обладают инверторы, построенные на основе ламповых или транзисторных усилителей. Существенным недостатком является и малое входное сопротивление диодно-резисторных схем по сравнению с выходным, что затрудняет их последовательное включение. К преимуществам диодно-резисторных схем относятся их простота и возможность преобразования логических элементов изменением направления включения диодов и полярности питающих напряжений (например, элемента ИЛИ в элемент И).

6. Поясните смысл логического отрицания, логического сложения и логического умножения.

Логический элемент НЕ, реализующий функцию логического отрицания, служит для инвертирования значений переменной. Если На входе х равно «1», то на выходе у принимает значение «О»; если х равно «О», то у равно «1».

Операция инверсии. Эту операцию называют операцией НЕ (операцией логического отрицания).

168. Таблицы истинности -для операций логического отрицания (о), сложения (в) и умножения (д) и реализующие их схемы (б, г, е)

Таблица истинности для операции логического отрицания