Laboritöö 4

4 tehtega   4-järguline   Aritmeetika-Loogikaseade   ( Arithmetical-Logical Unit   —   ALU )

Vabatahtlikku laboritööd 4 saavad esitada need, kes  on juba esitanud  ka Laboritööd 2 ja 3.
Siin on vaja  Falstad-editoris  koostada  (varasema laboritööga võrreldes)  suurema mahukusega loogikaskeem, mis "oskab" teha 4 erinevat tehet/toimingut   4-järguliste operandidega   ( töödeldav andmesõna / data word   on 4 bitti)
Kõik 4   tehet/toimingut   teostatakse/arvutatakse/genereeritakse   skeemis pidevalt, kuid väljundile lubatakse/kommuteeritakse nendest neljast   igal hetkel   ainult üks tulemus.
Skeemi saab juhtida :   milline neljast tehtetulemusest praegu väljastatakse.

NB!   Sellist 4-siini saab joonistada ainult joonistel, mitte   Falstad-editori loogikaskeemides!
4-liiniga siini esitusvõimalus aitab säästa skeemi joonistusvaeva "paberil"   —   kuid mitte Falstad-skeemiredaktoris.
Falstad-editoriga saab teha ainult üksikuid ühendusliine — ehk tulebki joonistada 4 liini ( wire ) kõrvuti   (nagu seni olemegi teinud).

Labor4 ALU-skeem   vajab   4to1-multipleksoreid (ehk 2-multipleksoreid).  Meenutame, mida multipleksor teeb :

  . . . saa teada loengust või õppematerjalidest või praktikumi videojuhendist, milline loogikaskeem peab olema sellises komponendis sees, et ta töötaks   multipleksorina ?

Labor4 ALU suur loogikaskeem tuleb valmisjoonistada   Falstad-editoriga.  Loogikaskeemi koosseis   on selline:


ALU 4-järguline töötulemus edastatakse (nelja multipleksori kaudu) ALU väljundile nii:

  4-bitise andmesõna keskmised 2 järku tuleb (võimalusekorral) kõikjal töödelda Falstad'i "valmismoodulitega" :   summaator;   4to1-multipleksor;
4-bitise andmesõna äärmised 2 järku  (ehk kõrgeim ja madalaim järk)   tuleb kõikjal töödelda ilma "valmismooduliteta" — ehk vastav skeem  (summaator,   lahutaja,   multipleksor . . .)   tuleb ise koostada loogikaelementidest   NOT   AND   OR   NAND   NOR   XOR.

!   mitteelementaarsed loogikatehted   NAND   NOR   XOR   tohib teostada nendesamade loogikaelementidega :  
Falstad-editoris  on  kõik 6 loogikaelementi  olemas / saadaval   —   mitteelementaarseid   loogikatehteid / loogikaelemente   NAND   NOR   XOR   ei pea teostama  lihtloogikaelementide   AND   OR   NOT   abil / kaudu.

Lahutamise jaoks ei ole Falstad'is olemas lahutamiselementi valmismoodulina. Seega on lahutamise jaoks valida 2 võimalust :
—   töödelda kõik 4 järku loogikaelementidest ise koostatud skeemi abil   (ka keskmised 2 järku   —   mitte ainult "äärmised" järgud )
või
—   keskmiste järkude töötlemiseks lahutamisel  rakendada Falstad-i summaator, millele on rakendatud juurde vajalikke lisaelemente — modifitseerides summaatormooduli  toimima  lahutajana.

toimingud operandi A ühele järgule, mille valib välja operand B :     (ülesanne esitab seda:   tehe A,B )
operandi B kehtivad väärtused on:
0000
0001
0010
0011
(need valivad välja ühe järgu:   a0 või a1 või a2 või a3 )
operandid B vahemikus 0100 kuni 1111 valiksid välja järke a4 kuni a15   —   mida aga pole olemas.
Seega peab operandi B väärtuste 0100 kuni 1111 korral operand A väljuma ALU-st ilma töötlemata ehk samasugusel muutmata kujul, nagu ta ALU-sse "siseneb".

loogikaskeemide skeemiredaktor "Falstad Circuit Simulator":
www.falstad.com/circuit
( töötab browseris ja vajab JavaScript'i — mis on tavaliselt lubatud igas browseris )

Selle töö jaoks on vaja Falstadi suur skeemiväljak   ehk   Full Screen version
ja samuti   Small Grid   ehk   tihe paiknemisvõrk :

Skeemi joonistamisel / koostamisel  arvesta kõiki neidsamu nõudeid ja soovitusi, mis olid esitatud  Laboritöö2  juhendis  Falstad-editori kohta.

Lisaks klassiarvutitele saab praktikumide laboritöid   nii ärateha kui ka kaitsta   ka   oma arvutiga