ฉันสงสัยว่าเนื่องจากมีฟังก์ชั่นมากมายที่ ALU ต้องทำฉันจะเริ่มใช้งานได้อย่างไร (การบ้านที่ฉันควรใช้ระบบ MIPS กับ Logisim โดยใช้เกตส์พื้นฐาน Flip-Flop เป็นต้น)
ส่วนที่ฉันสับสนคือฉันจะใช้ ALU ซึ่งสามารถทำหน้าที่ต่าง ๆ เช่น Add / Subtract / AND / OR / etc ได้อย่างไร ฉันต้องใช้ตรรกะในการควบคุมมากกว่านี้หรือไม่ (ดูด้านบนขวาใน "การมอบหมายก่อนหน้า" ด้านล่าง)
ในการมอบหมายก่อนหน้านี้ฉันใช้ ALU ที่สามารถเพิ่ม / ลบ / ลบได้ ตอนนี้ฉันคิดว่า ALU น่าจะสามารถทำหน้าที่ได้เช่น
การมอบหมายก่อนหน้าของฉัน
คำตอบ:
ในขณะที่คำนวณคำตอบทั้งหมดจากภายในแล้วใช้ mux เพื่อเลือกระหว่างเหล่านั้นจะได้ผลแน่นอนว่าไม่ใช่การออกแบบขั้นต่ำ
พิจารณาว่าคุณสามารถทำให้ปัญหาเกิดขึ้นได้ แทนที่จะเป็นตรรกะบล็อกเดียวที่มีอินพุต 8 บิตสองรายการคุณสามารถแบ่งพาร์ติชันนี้เป็นสองส่วน 4 บิตตราบใดที่คุณสามารถเชื่อมโยงพวกเขาเพื่อให้ได้ผลลัพธ์โดยรวมที่ถูกต้อง โชคดีที่การเชื่อมโยงชิ้นส่วนไม่ได้เลวร้ายไปกว่าบิตเพียงเล็กน้อยซึ่งในกรณีของการเพิ่มแสดงถึงบิตนำติดตัว ดังนั้น Slice 4 บิตแต่ละชิ้นจะมีบิตที่นำเข้าและบิตที่นำออกมา (โปรดทราบว่าโลจิคัลเช่น AND และ NOR จะไม่ต้องการสิ่งนี้แม้ว่าในภายหลังคุณจะใช้การเลื่อนซ้าย / ขวา แต่บิตนี้จะถูกนำมาใช้ใหม่ได้อย่างง่ายดาย)
ดำเนินการไปมากคุณสามารถใช้ 8 ชิ้นละ 1 บิต มีประโยชน์ในการคิดชิ้น 1 บิตเพราะทำให้ง่ายต่อการคิดเกี่ยวกับวิธีที่ปรับสเกลกลับเป็นชิ้นใหญ่ ดังนั้นด้วยการแบ่งบิต 1 บิตคุณมีเพียง 7 อินพุต: โค้ดฟังก์ชัน 4 บิต, บิตจากอินพุต A, บิตจากอินพุต B และบิตนำเข้า นอกจากนี้คุณยังมีเอาต์พุตเพียงสองตัว: ฟังก์ชันและดำเนินการ ดังนั้นตอนนี้คุณสามารถเขียนฟังก์ชั่นการส่งออกทั้งสองในแง่ของเพียง 7 อินพุตซึ่งอยู่ในขอบเขตของความสามารถของมนุษย์ที่จะลดลงอย่างสมเหตุสมผล คุณจะพบกับประตูจำนวนหนึ่งที่ไม่จำเป็นต้องคำนวณฟังก์ชั่นทั้งหมดเสมอไป แต่มันไม่สำคัญว่าจะเกิดอะไรขึ้นภายในชิ้นส่วนเท่านั้น แต่มันจะให้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องเมื่อดูจากภายนอก
ตอนนี้คุณสามารถไปได้สองวิธี วิธีหนึ่งคือเพียงใช้ 8 ชิ้น 1 บิตเหล่านี้และคุณทำเสร็จแล้ว อีกวิธีหนึ่งคือการทำให้ชิ้นใหญ่ขึ้นและจากนั้นใช้ ตั้งแต่ 1 บิตถึง 2 บิตสมการจะเพิ่มจาก 7 อินพุตถึง 9 และ 4 บิตจะต้องการฟังก์ชัน 13 อินพุต ไม่ใช่เรื่องง่าย แต่จะให้ผลลัพธ์ที่กระชับกว่าวิธีการคำนวณทุกอย่างจากนั้น mux นอกจากนี้หากคุณดู internals ของชิ้นส่วน ALU 74181 4 บิตคุณจะไม่เห็น mux ในนั้น
ใช่คุณต้องการตรรกะการควบคุมมากขึ้น
การมอบหมายก่อนหน้านี้ของคุณนั้นมีความเกี่ยวกับคณิตศาสตร์อย่างแท้จริง (นั่นคือคำ?) ดังนั้นคุณสามารถใช้ตัวบวกเดียวและนวดอินพุตโดยใช้สัญญาณควบคุมเพื่อสร้างฟังก์ชั่นที่คุณต้องการ
ฟังก์ชั่นใหม่ของคุณเป็นแบบลอจิกดังนั้นคุณต้องมีบล็อกอื่นเพื่อดำเนินการทางตรรกะ สัญญาณควบคุมจะเปลี่ยนการทำงานของบล็อกนี้
จากนั้นที่ด้านล่างของแผนภาพคุณจะต้องใช้มัลติเพล็กเซอร์ (บางครั้งเรียกว่า 'mux') ซึ่งขับเคลื่อนโดยสัญญาณควบคุมเพื่อเลือกคำตอบที่คุณต้องการส่งออก (อันจากแอดเดอร์และวงจร "อินพุตการนวด" หรืออันใดอันหนึ่งจากโอเปอเรเตอร์ตรรกะ)
หากคุณสามารถเลือกการเข้ารหัสใหม่สำหรับสายควบคุม ALU ของคุณฉันอาจถูกล่อลวงให้ใช้ MSB เป็น "เลขคณิต / ตรรกะ" เลือกและอื่น ๆ เพื่อเลือก "ฟังก์ชั่นย่อย" หากเหมาะสมเพราะมันทำให้การถอดรหัสสำหรับ mux สุดท้าย
วิธีการที่ดีวิธีหนึ่งในการจัดการการดำเนินการเชิงตรรกะคือการให้บิตของตัวถูกดำเนินการทั้งสองทำหน้าที่เป็นตัวเลือกอินพุตไปยังมัลติเพล็กเซอร์ 4 อินพุตและป้อนอินพุต "ข้อมูล" ของมัลติเพล็กเซอร์เป็นรูปแบบสี่บิต 8 บิต ALU จะมีแปด multiplexers - หนึ่งสำหรับแต่ละบิต - และอินพุต "data" ของ 8 multiplexers ทั้งหมดจะถูกผูกเข้าด้วยกัน)