Здесь под определением понятия арифметико-логическое устройство имеется ввиду не блоки (модули) АЛУ ЭВМ, цифровых устройств, состоящие (включающие) из сумматоров, компараторов, ОЗУ, логических элементов и прочее, и, типовые функциональные узлы, ИМС, специальные модули.

Многие серии микросхем имеют в своем составе ИМС арифметико-логических устройств АЛУ (англ. термин – arithmetic logic unit – ALU), выполняющих над словами ряд логических и арифметических действий. Примером АЛУ может служить микросхема К155ИП3 или 564ИП3. Микросхема К155ИПЗ – быстродействующее АЛУ, которое выполняет 16 логических и 16 арифметических операций (рисунок 4.22, а). , - информационные входы четырехразрядных чисел A и B, над которыми производятся логические и арифметические операции. Выбор выполняемой операции (одну из 16 арифметических или логических) определяется комбинацией сигналов на входах S₀...S₃. При М =1 микросхемы выполняют логические операции, а при М=0 арифметические. Микросхема может работать как в положительной (на входы A, B и C_n подаются истинные значения разрядов слов и переноса, а с выходов , , , снимаются также истинные значения результатов операций, так и в отрицательной логике (на входы A, B и С_n+4 подаются инверсные значения информации, а с выходов , , , снимаются также инверсные значения результатов операции). Вход C_n. используется, когда производятся операции над числами, разрядность которых больше четырех. В случае ускоренного переноса по группе АЛУ используются выходы , - образование переноса, - распространение переноса, - формирование переноса при объединении нескольких АЛУ с помощью микросхемы ускоренного переноса К155ИП4 (рисунок 4.22, в). Схему АЛУ можно использовать также для перевода чисел из дополнительного (обратного) кода в прямой и наоборот.

Таким образом, АЛУ имеет большую функциональную гибкость.

Рисунок 4.22 – Условное обозначение АЛУ К155ИП3 (а);

соединение АЛУ со сквозным (последовательным) переносом (б)

и с ускоренным (опережающим) переносом (в)

На выходах F_i вырабатывается выходное слово, выход дает выходной перенос, который можно использовать как входной для следующего АЛУ, выходы G и H дают функции генерации и передачи переноса, которые используются для образования переноса в быстродействующих сумматорах (как описано выше в пункте 4.1.3.2). Выход K есть выход компаратора, осуществляющего сравнение на равенство. Выход компаратора выполняется по схеме с открытым коллектором, так что допускает реализацию монтажной логики путем параллельного соединения аналогичных выходов нескольких АЛУ. Выход компаратора формирует функцию .

При этом АЛУ работает в режиме вычитания A–B (выполняемого как сложение слова A с инвертированным словом ). Если A=B, то во всех разрядах выходного слова будут нули, а все инвертированные значения - единичные, что обеспечит единичное значение функции . Во всех других случаях среди величин F_i найдется хотя бы одна единица, т.е. среди функций хотя бы один нуль, и будет получено . Параллельное соединение выходов K нескольких АЛУ дает реализацию монтажной логики И, что позволяет проводить сравнение на равенство многоразрядных слов, обрабатываемых несколькими АЛУ.

Рисунок 4.23 – Реализация операций сравнения в схеме из АЛУ

Комбинируя сигнал с сигналом переноса на выходе, можно одновременно с признаком равенства получать и признаки неравенства и (рисунок 4.23). Если A<B, то и при выполнении вычитания возникает перенос из старшего разряда, так что . Если A>B, то и перенос отсутствует, следовательно, . Одновременно с этим, как видно из схемы, .

Полный перечень операций, выполняемых АЛУ К155ИПЗ, приводится в таблице 4.6.

Логические операции выполняются независимо в каждом разряде. Арифметические операции выполняются с учетом переносов и заемов. Оба типа операций могут встречаться одновременно. Например, запись означает, что вначале поразрядно выполняются операции инвертирования (), логического сложения и логического умножения (AB), а затем полученные указанным образом два четырехразрядных числа складываются арифметически (с учетом переносов).

Таблица 4.6 – Перечень операций, выполняемых АЛУ К155ИПЗ

Сигналы выбора функции				Логические   Функции (М=1)	Арифметико-логические функции при C0=0 (М=0)
S3	S2	S1	S0
0	0	0	0		A
0	0	0	1		A+B
0	0	1	0
0	0	1	1	0	-1
0	1	0	0
0	1	0	1
0	1	1	0		A-B-1
0	1	1	1
1	0	0	0		A+AB
1	0	0	1		A+B
1	0	1	0	B
1	0	1	1	AB	AB-1
1	1	0	0	1	A+A
1	1	0	1
1	1	1	0	A+B
1	1	1	1	A	A-1

При обработке слов большой размерности АЛУ соединяются последовательно. В этом случае большое влияние на быстродействие схемы оказывает время распространения переноса, который может проходить от младшего разряда слова по всей разрядной сетке. В схемах АЛУ стремятся обеспечить малое время задержки переноса (в одну-две элементарные задержки), однако при суммировании слов с большой разрядностью время сложения может оказаться неприемлемо большим. В подобных случаях совместно с АЛУ применяют специальную микросхему, называемую блоком ускоренного переноса, в которой перенос вырабатывается с помощью функций генерации и передачи переноса G и H, рассмотренных при описании параллельных сумматоров. Один блок ускоренного переноса образует ускоренные переносы для нескольких АЛУ (часто четырех), и также функции G и H более высокого уровня, позволяющие при необходимости организовать и параллельный перенос на втором уровне. Схемы совместной работы АЛУ при их последовательном включении и применении блоков ускоренного переноса показаны на рисунке 4.22, б, в.

В качестве примечания можно сказать, что кроме выше рассмотренных функциональных узлов комбинационного типа широкое применение в цифровых устройствах ЭВМ находят указатели старшей единицы (разрядов), узлы контроля и прочее, которые рассматриваются в специализированной литературе по проектированию ЭВМ.