Unità aritmetico-logica e registri espandibili

Figura u128.1. Modulo as: per f=0, somma con riporto; per f=1 sottrazione con prestito; se il riporto (o il prestito) in ingresso è diverso da quello in uscita, si verifica lo straripamento.

Figura u128.2. Modulo logic: unità logica, comandata dall'ingresso f che seleziona il tipo di operazione logica. Nella didascalia interna dei valori assegnabili all'ingresso f, il simbolo «+» va inteso come operatore OR.

Figura u128.3. Modulo ltgt: confronto. Data la necessità di realizzare una ALU espandibile, il confronto avviene a livello di bit, usando il riporto in ingresso in caso di uguaglianza. L'esito viene trasmesso attraverso il riporto in uscita. Il modulo è composto da due parti; nella figura, nell'ordine, appaiono i moduli: lt (A<B), gt (A>B), ltgt. Il modulo complessivo ltgt esegue il primo o il secondo confronto, in base al valore contenuto nell'ingresso f. Il controllo di uguaglianza non viene fatto, perché per ottenerlo è sufficiente sfruttare l'unità logica con l'operatore NXOR.

Figura u128.4. Moduli shl e shr: scorrimento a sinistra e a destra. Lo scorrimento avviene necessariamente utilizzando il riporto; per la precisione, per lo scorrimento a sinistra si usa il riporto «normale», mentre per lo scorrimento a destra si usa un riporto apposito, da sinistra a destra, indicato con le sigle Di, Do. Il riporto a destra non tiene conto del segno, perché in questa fase si considera un solo bit. L'ingresso f serve, in entrambi i casi, a selezionare l'operando sul quale intervenire: A o B.

Figura u128.5. Modulo z: Zero. Determina se il valore è pari a zero e se lo sono anche i moduli precedenti (attraverso il riporto). Se fino a questa cifra i valori sono a zero, attiva il riporto in uscita. L'ingresso f consente di selezionare quale operando verificare.

Figura u128.6. Modulo alu: ALU completa dei vari componenti aritmetici, logici e di scorrimento. Quando l'ingresso f ha il bit più significativo pari a zero, contiene la funzione dell'unità logica, altrimenti contiene le funzioni per gli altri moduli. Gli altri moduli, quando contengono a loro volta l'ingresso f, questo lo traggono da f₃ di quello principale, ovvero dal quarto bit.

Figura u128.7. Esempio di utilizzo in parallelo del modulo alu, per ottenere un'elaborazione a quattro bit. Vanno osservate in particolare le connessioni delle linee di riporto C e D.

Figura u128.8. Modulo d: Flip-flop D semplice, usato per la realizzazione dei registri.

Figura u128.9. Modulo ralu: ALU e registri, a un solo bit. Gli ingressi SRC e DST, determinano, rispettivamente, l'origine e la destinazione del movimento di un'informazione, attraverso il bus. In pratica, SRC seleziona cosa mettere nel bus, e DST seleziona quale registro deve salvare questa informazione. L'ingresso ALU contiene la funzione da far svolgere alla ALU, nel caso sia selezionata l'origine corrispondente al terzo registro, che in pratica è l'uscita della ALU stessa. L'ingresso E va attivato quando tutti gli altri ingressi sono stati configurati correttamente, per il tempo necessario al registro di destinazione per recepire l'informazione contenuta nel bus. Va osservato che la ALU esegue le sue operazioni sulla base del contenuto dei primi due registri, e lo fa continuamente; inoltre, il terzo registro non esiste, in quanto è il riferimento usato per individuare l'uscita della ALU, per cui non è possibile scrivere direttamente in questo terzo registro, senza intervenire con una funzione della ALU. Gli ingressi SRC e DST hanno un bit in più, necessario per controllare altri otto registri esterni, necessari per l'accesso alla memoria.

Figura u128.10. Modulo ralu4: collocazione in serie di quattro moduli a un solo bit. Lo stesso procedimento si seguirebbe per ranghi superiori.

Figura u128.11. Modulo ralu32: aggregazione di più moduli più piccoli, per un rango più ampio.