Einfacher 4-Bit-Rechner mit ALU

Übungen

Das Schaubild zeigt eine Recheneinheit mit Eingabeschalter und zwei Registern X und A.

Aufgabe

  1. Nacheinander sollen die Zahlen 0110 und 0010 in der Eingabe bereitgestellt und zum Inhalt des Akkumulators A addiert werden.

    Notieren Sie die Schalterstellungen ("Belegungen") der Eingabe und der Steuerleitungen zur Durchführung dieser Aufgabe. (Graue Kästen nicht beachten!)

  2. Im Bauteil  INV  mit dem Steuereingang I befindet sich eine Schaltung, die
        X unverändert durchschaltet, wenn I = 0 ist,
        X bitweise invertiert durchschaltet, wenn I = 1 ist.
     INV  liefert also auf Wunsch das Einserkomplement von X, zum Beispiel 0010 → 1101.

    Geben Sie die Schaltung an, die sich um grauen Kasten befindet.

  3. Sobald die Summe an den Akkumulator A gelangt ist, bestimmt der Volladdierer (4-Bit-VA) eine neue Summe, die sofort über den Bus an den an den Akkumulator geführt wird. Warum behält der Akkumulator dennoch das richtige vorläufige Ergebnis?

  4. Mit Hilfe des Bauteils  INV  und des Übertrag-Eingangs Ü am Volladdierer kann auch eine Subtraktion ausgeführt werden:
    Beispiel: 0011 - 0010 = 0011 + (1101 + 1) = {1}0001

    Notieren Sie in einer Tabelle, wie man durch Beschalten der Steuereingänge S, LDX, LDA, I, Ü den Inhalt des Akkumulator-Registers A (auf den Wert 0000) löschen kann:

  5. Wir wollen jetzt mit positiven und negativen Zahlen rechnen und teilen die 16 möglichen 4-Bit-Kombinationen so in 7 positive, 8 negative und die Null auf, dass das erste Bit das Vorzeichen anzeigt.

    Wie die Beispiele 0101+0011=1000 und 0010+1010=1100 zeigen, ist einer Summe aber nicht anzusehen, ob das 1. Bit einen (unerlaubten) Übertrag oder ein negatives Vorzeichen anzeigt.

    Geben Sie die Schaltung im Bauteil  FEHLER  an, die am Ausgang 1 liefert, falls das gesetzte 1. Bit einen unerlaubten Übertrag anzeigt.

    nicht negativ

    {0}000=0d
    {0}001=1d
    {0}010=2d
    {0}011=3d
    {0}100=4d
    {0}101=5d
    {0}110=6d
    {0}111=7d

    negativ

    {1}000=-8d
    {1}001=-7d
    {1}010=-6d
    {1}011=-5d
    {1}100=-4d
    {1}101=-3d
    {1}110=-2d
    {1}111=-1d

  6. Bei einem 3-State-Baustein kann ein Ausgang 3 verschiedene Zustände annehmen: 0 (0 V), 1 (5 V) und hochohmig (offen, "nicht verbunden"). So können mehrere 3-State-Bausteine zugleich an den Datenbus gelegt werden, wenn sichergestellt wird, dass maximal einer durchschaltet, die anderen aber hochohmig sind.

    Welche Signalkette muss ablaufen, wenn in der folgenden Schaltung eine Eingabe (Ausgabe) erfolgen soll?