Es wird immer noch kein Lötkolben heraus geholt. Ich beginne damit, einzelne Teile zu simulieren. Da ich nur wenig Erfahrung mit dem Entwurf digitaler Schaltungen habe, ist nicht klar, ob die Teile auch so funktionieren wie sie sollen. Fehlersuche und Korrektur sind in der Simulation wesentlich einfacher als bei der echten Hardware. Und wenn sich eine Vorgehensweise als nicht realisierbar herausstellt, hat man weniger Verluste.
Als erste Übung – insbesondere zur Einarbeitung in das Simulationsprogramm – habe ich mit der Addition/ Subtraktion angefangen. Es gibt zwar eine komplette ALU als TTL Baustein, die ist aber nur schwer zu bekommen und deckt nur 90% meines Bedarfs ab. Deshalb habe ich mich entschlossen die ALU komplett selber aufzubauen.
Die 4 Bit Addition ist einfach, es gibt hierzu mit dem 74LS83 einen fertigen Baustein. Und mit geringen Zusatzaufwand kann man daraus auch eine Subtraktion machen. Hierzu muss man nur das zweite Eingabewort negieren (nicht einfach invertieren). Invertieren ist einfach mit XOR Gattern zu erreichen. Zum negieren muss aber dann noch eins abgezogen werden. Das geht aber auch überraschend einfach indem man das carry in ebenfalls invertiert (in diesem Rahmen auch als borrow zu bezeichnen). Zudem muss bei der Subtraktion dann auch noch das carry out invertiert werden.
Das scheint soweit zu funktionieren. Bei der Addition wird die Summe bei aktiven carry in um eins erhöht und bei einer Summer größer als 15 (F Hexadezimal) wird das carry out aktiv. Bei der Subtraktion wird die Differenz bei einem carry in (oder borrow) um eins erniedrigt und sobald der Wert negativ wird, wird carry out aktiv. Die weiteren Funktionen der ALU werde ich in der kommenden Woche simulieren, diese sind jedoch noch einfacher und sollten keine Probleme verursachen.
Mein zweiter Test nimmt das vier Arbeitsregister ins Visier. Sie benötigen einen input port zusammen mit einer zwei Bit Adresse zur Auswahl des Registers welches beschrieben werden soll und einen output port ebenfalls mit einer zwei Bit Adresse zur Auswahl des Ausgabewerts. Hier setze ich auf ein 74LS173 – ein 4 Bit flankengesteuertes Latch. Zur Unterstützung der Simulation habe ich noch einen 4 Bit counter zur Erzeugung des Eingabewerts sowie zwei 2 Bit counter zur Auswahl des Schreib- und des Leseports eingefügt.
Zum Lesen wird die Adresse des Registers über SelOut angelegt und die Leitung OutEna(ble) aktiviert. Im inaktiven Zustand sind alle Ausgänge der vier Register hochohmig. Erst mit der Aktivierung wird über einen 2 nach 4 Demultiplexer das gewählte Register freigeschaltet und gibt seinen Inhalt aus.
Das Schreiben funktioniert ähnlich. Es wird die Schreibadresse über SelIn angelegt und die Leitung InLatch aktiviert. Mit der steigenden Flanke wird dann der aktuelle Wert von DataIn in das gewählte Register übernommen. Alle anderen Register bleiben unverändert. Leider wird bei der Bildschirmaufzeichnung die Mausbewegung nicht mit gespeichert, deshalb kann man nur schlecht verfolgen, was passiert. Es wird zuerst eine 1 in das Register 0, 2 in Register 1, 3 in Register 2 und 4 in Register 3 geschrieben. Danach werden die Inhalte der Register 0 bis 3 nacheinander angezeigt.
Als nächstes müssen die Ausgänge des Registerblocks und des Akkumulators auf die ALU geschaltet werden sowie das Ergebnis der ALU Operation wiederum in den Registerblock eingespeichert werden. Das wird die Aufgabe für die nächsten Tage werden.