Урок 4. 8 бит и сравнение: CMP — это вычитание

После этого урока сумматор станет восьмибитным — числа от 0 до 255, — а три лампы будут отвечать, какое число больше: A = B, A < B или A > B. Ничего нового изобретать не придётся: два ADDSUB4 цепочкой и флаги вычитания.

4.1. Идея: две половины

Восемь бит — это две половины по четыре. Перенос из младшей половины (CO) идёт на вход переноса старшей (CI) — так же, как он бежит между разрядами внутри ADDER4. «Плюс 1» при вычитании нужен только один раз, в самом младшем разряде, поэтому SUB на CI идёт только у младшего ADDSUB4.

Переполнение V считается по старшему, знаковому биту — поэтому берём его у старшей половины, а V младшей не нужен.

4.2. Идея: сравнение — это вычитание

Чтобы сравнить два числа, вычти B из A и посмотри на флаги:

• A = B — результат ноль, горит Z;
• A < B — пришлось занимать, C = 0;
• A > B — заёма не было (C = 1), и результат не ноль.

Так сравнивают числа все процессоры. Команда CMP (compare) — это вычитание, от которого остаются только флаги, а результат выбрасывается. Следующая команда смотрит на флаги и решает, куда перейти.

4.3. Сборка

Тот же проект. Стенд урока 3 (9 тумблеров, ADDSUB4 на холсте, OR/OR/NOR, лампы, три табло) удали; Power/Ground оставь.

Идея. Восемь бит — это две половины по четыре. Перенос из младшей половины (CO) идёт на вход переноса старшей (CI) — так же, как перенос бежит между разрядами внутри ADDER4. «Плюс 1» при вычитании нужен только один раз — в самом младшем разряде, поэтому SUB на CI идёт только у младшего ADDSUB4.

Сравнение — это вычитание. Вычти B из A и посмотри на флаги:

• A = B — результат ноль, горит Z;
• A < B — был заём, C = 0;
• A > B — заёма не было (C = 1) и результат не ноль.

Так сравнивают числа все процессоры: команда CMP — это вычитание, которое не сохраняет результат, а оставляет только флаги.

Шаг 1. ADDSUB8 — два ADDSUB4 цепочкой

Ctrl+G → имя ADDSUB8. Ноги: входы A0–A7, B0–B7, SUB; выходы S0–S7, CO, V.

У младшего ADDSUB4 нога V остаётся свободной: переполнение считаем по знаковому биту, а он — в старшей половине.

Шаг 2. Холст: тумблеры, сумматор, флаг Z

Шаг 3. Сравнение, лампы, табло

Лампы сравнения проходят через AND с SUB: при сложении они не горят — сравнивать имеет смысл только вычитанием.

4.4. Проверка

Табло показывает числа без знака: 0…255. Со знаком 1xxxxxxx — это отрицательные (−128…−1), и тогда горит N.

В колонках «Тумблеры» слева — старший тумблер (A7), справа — A0; 1 — включён, 0 — выключен.

Если ответ неверен только в старших битах — проверь CI старшего ADDSUB4: он должен быть на метке c4.

Вставка урока 4 (Cmd+I)

Нужны NOT, AND, OR, NOR и ADDSUB4. Стенд урока 3 удали, кроме питания.

# Урок 4 — 8 бит и сравнение. Два ADDSUB4 цепочкой → ADDSUB8; сравнение через вычитание.# Вставка: Cmd+I поверх урока 3 (нужны NOT, AND, OR, NOR, ADDSUB4). Стенд урока 3 удалить, кроме питания. # --- 8 бит: перенос младшей половины идёт на CI старшей ---chip ADDSUB8 {  portIn(A0)  portIn(A1)  portIn(A2)  portIn(A3)  portIn(A4)  portIn(A5)  portIn(A6)  portIn(A7)  portIn(B0)  portIn(B1)  portIn(B2)  portIn(B3)  portIn(B4)  portIn(B5)  portIn(B6)  portIn(B7)  portIn(SUB)  portOut(S0)  portOut(S1)  portOut(S2)  portOut(S3)  portOut(S4)  portOut(S5)  portOut(S6)  portOut(S7)  portOut(CO)  portOut(V)  # младшие 4 бита: «плюс 1» при вычитании — SUB на CI  ADDSUB4(A0=A0, A1=A1, A2=A2, A3=A3, B0=B0, B1=B1, B2=B2, B3=B3, SUB=SUB, CI=SUB, S0=S0, S1=S1, S2=S2, S3=S3, CO=c4)  # старшие 4 бита: CI — перенос из младших; V считаем по старшему (знаковому) биту  ADDSUB4(A0=A4, A1=A5, A2=A6, A3=A7, B0=B4, B1=B5, B2=B6, B3=B7, SUB=SUB, CI=c4, S0=S4, S1=S5, S2=S6, S3=S7, CO=CO, V=V)} # --- на холст: тумблеры A, B (по 8), SUB; сумматор; флаги; сравнение ---input(A0)input(A1)input(A2)input(A3)input(A4)input(A5)input(A6)input(A7)input(B0)input(B1)input(B2)input(B3)input(B4)input(B5)input(B6)input(B7)input(SUB)ADDSUB8(A0=A0, A1=A1, A2=A2, A3=A3, A4=A4, A5=A5, A6=A6, A7=A7, B0=B0, B1=B1, B2=B2, B3=B3, B4=B4, B5=B5, B6=B6, B7=B7, SUB=SUB, S0=S0, S1=S1, S2=S2, S3=S3, S4=S4, S5=S5, S6=S6, S7=S7, CO=C, V=V)# Z: все 8 разрядов — нольOR(S0, S1, z01)OR(S2, S3, z23)OR(S4, S5, z45)OR(S6, S7, z67)OR(z01, z23, z03)OR(z45, z67, z47)NOR(z03, z47, Z)# сравнение (при SUB = 1): равно — Z; меньше — был заём (C = 0); больше — C = 1 и не нольNOT(C, nC)NOT(Z, nZ)AND(SUB, Z, EQ)AND(SUB, nC, LT)AND(C, nZ, cnz)AND(SUB, cnz, GT)led(C)led(Z)led(S7)led(V)led(EQ)led(LT)led(GT)