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doremin
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ALU(Arithmetic Logic Unit) 만들기
ALU(Arithmetic Logic Unit) 만들기
가산기(Adder)
이 세 개의 가산기 칩들은 나중에 멀티비트 가산기 칩으로 이어진다.
- 반가산기(Half-Adder): 두 비트를 더함
- 전가산기(Full-Adder): 세 비트를 더함
-
가산기(Adder): 두 개의 n비트 숫자를 더함
Half-Adder
CHIP HalfAdder {
IN a, b; // 1-bit inputs
OUT sum, // Right bit of a + b
carry; // Left bit of a + b
PARTS:
Xor(a=a, b=b, out=sum);
And(a=a, b=b, out=carry);
}
Full-Adder
CHIP FullAdder {
IN a, b, c; // 1-bit inputs
OUT sum, // Right bit of a + b + c
carry; // Left bit of a + b + c
PARTS:
HalfAdder(a=a, b=b, sum=s1, carry=c1);
HalfAdder(a=s1, b=c, sum=sum, carry=c2);
Xor(a=c1, b=c2, out=carry);
}
Adder
CHIP Add16 {
IN a[16], b[16];
OUT out[16];
PARTS:
HalfAdder(a=a[0], b=b[0], sum=out[0], carry=c0);
FullAdder(a=a[1], b=b[1], c=c0, sum=out[1], carry=c1);
FullAdder(a=a[2], b=b[2], c=c1, sum=out[2], carry=c2);
FullAdder(a=a[3], b=b[3], c=c2, sum=out[3], carry=c3);
FullAdder(a=a[4], b=b[4], c=c3, sum=out[4], carry=c4);
FullAdder(a=a[5], b=b[5], c=c4, sum=out[5], carry=c5);
FullAdder(a=a[6], b=b[6], c=c5, sum=out[6], carry=c6);
FullAdder(a=a[7], b=b[7], c=c6, sum=out[7], carry=c7);
FullAdder(a=a[8], b=b[8], c=c7, sum=out[8], carry=c8);
FullAdder(a=a[9], b=b[9], c=c8, sum=out[9], carry=c9);
FullAdder(a=a[10], b=b[10], c=c9, sum=out[10], carry=c10);
FullAdder(a=a[11], b=b[11], c=c10, sum=out[11], carry=c11);
FullAdder(a=a[12], b=b[12], c=c11, sum=out[12], carry=c12);
FullAdder(a=a[13], b=b[13], c=c12, sum=out[13], carry=c13);
FullAdder(a=a[14], b=b[14], c=c13, sum=out[14], carry=c14);
FullAdder(a=a[15], b=b[15], c=c14, sum=out[15], carry=c15);
}
Overflow는 무시한다.
Incrementor
CHIP Inc16 {
IN in[16];
OUT out[16];
PARTS:
Add16(a=in, b[0]=true, out=out);
}
ALU
6개의 제어비트를 통해서 ALU가 어떤 함수 f(x, y)를 계산하도록 프로그래밍 할 수 있다.
이 계산들은 모두 설계의 결과이다.
CHIP ALU {
IN
x[16], y[16], // 16-bit inputs
zx, // zero the x input?
nx, // negate the x input?
zy, // zero the y input?
ny, // negate the y input?
f, // compute out = x + y (if 1) or x & y (if 0)
no; // negate the out output?
OUT
out[16], // 16-bit output
zr, // 1 if (out == 0), 0 otherwise
ng; // 1 if (out < 0), 0 otherwise
PARTS:
// if zx == 1 set x = 0
Mux16(a=x, b=false, sel=zx, out=x0);
// !x
Not16(in=x0, out=notx);
// if nx == 1 set x = !x
Mux16(a=x0, b=notx, sel=nx, out=x1);
// if zy == 1 set y = 0
Mux16(a=y, b=false, sel=zy, out=y0);
// !y
Not16(in=y0, out=noty);
// if ny == 1 set y = !y
Mux16(a=y0, b=noty, sel=ny, out=y1);
// x + y
Add16(a=x1, b=y1, out=xPLUSy);
// x & y
And16(a=x1, b=y1, out=xANDy);
// if f == 1 set out = x + y, if f == 0 set out = x & y
Mux16(a=xANDy, b=xPLUSy, sel=f, out=tout);
// !tout
Not16(in=tout, out=ntout);
// if no == 1 set out = !out
Mux16(a=tout, b=ntout, sel=no, out=fout);
// !nout
Not16(in=fout, out=nout);
Not16(in=nout, out[0..7]=outsub0, out[8..15]=outsub1, out[15]=outsub2, out=out);
// if out == 0 zr = 1
Or8Way(in=outsub0, out=zrout0);
Or8Way(in=outsub1, out=zrout1);
Or(a=zrout0, b=zrout1, out=zrout2);
Not(in=zrout2, out=zr);
// if out < 0 ng = 1
And(a=outsub2, b=true, out=ng);
}