Laboritöö 5
4 tehtega 4-järguline Aritmeetika-Loogikaseade ( Arithmetical-Logical Unit — ALU )
Mittekohustuslikku Laboritööd 5 saavad esitada need, kes on juba kaitsnud 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.
Lahutamisel A - B ei pea muretsema olukorra pärast, kus A < B ehk lahutamise tulemus on negatiivne.
Õigesti koostatud / realiseeritud lahutaja loogikaskeemi korral töötab skeem õigesti ka negatiivsete resultaatide korral, andes tulemuseks täiendkoodi (mis esitabki 2ndsüsteemis negatiivset väärtust).
Negatiivsete 2ndarvude esitamist ehk täiendkoodi õpitakse mujal õppeaines.
Lab5 ALU-skeemis teostatud lahutaja kontrollimisel valitakse A - B operandid 0000 . . . 1111 (0 . . . 15) alati nii, et A > B ehk lahutamistulemus on positiivne kahendarv.
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 