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Frage:

In der 1-Bit ALU sollen vier Operationen durchgeführt werden können.

Außerdem soll man mit Hilfe des Steuersignals S aussuchen können, welches Operationsergebnis auf den Ausgang der ALU geleitet wird. Welcher Baustein bietet sich dazu an, aus vier Eingängen einen auszuwählen und auf den Ausgang zu leiten?

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Antwort mit KI erzeugt

Aufgabe:

Eine 1-Bit ALU soll vier verschiedene Operationen ausführen können. Mithilfe eines Steuersignals \( S \) soll eine dieser Operationen ausgewählt und deren Ergebnis an den Ausgang der ALU geleitet werden.

Antwort:

Der geeignete Baustein, um aus vier Eingängen einen auszuwählen und den entsprechenden Wert auf den Ausgang zu leiten, ist ein Multiplexer, genauer gesagt ein 4:1 Multiplexer.

Ein 4:1 Multiplexer hat vier Datenleitungen (\( D_0, D_1, D_2, D_3 \)) und zwei Steuerleitungen (\( S_0, S_1 \)). Die Steuerleitungen wählen aus, welcher der vier Eingänge auf den Ausgang geleitet wird.

Funktionsweise des 4:1 Multiplexers:

- Der 4:1 Multiplexer besitzt vier Eingänge (\( D_0, D_1, D_2, D_3 \))
- Zwei Steuerleitungen (\( S_0, S_1 \)) bestimmen, welcher Eingang auf den Ausgang \( Y \) geschaltet wird:

- Wenn \( S_0 = 0 \) und \( S_1 = 0 \), wird \( D_0 \) auf den Ausgang \( Y \) geschaltet.
- Wenn \( S_0 = 0 \) und \( S_1 = 1 \), wird \( D_1 \) auf den Ausgang \( Y \) geschaltet.
- Wenn \( S_0 = 1 \) und \( S_1 = 0 \), wird \( D_2 \) auf den Ausgang \( Y \) geschaltet.
- Wenn \( S_0 = 1 \) und \( S_1 = 1 \), wird \( D_3 \) auf den Ausgang \( Y \) geschaltet.

Wahrheitstabelle des 4:1 Multiplexers:

| \( S_1 \) | \( S_0 \) | Ausgang \( Y \) |
|-----------|-----------|------------------|
| 0 | 0 | \( D_0 \) |
| 0 | 1 | \( D_1 \) |
| 1 | 0 | \( D_2 \) |
| 1 | 1 | \( D_3 \) |

Implementierung in Verilog:

Hier ist ein Beispiel, wie ein 4:1 Multiplexer in der Hardwarebeschreibungssprache Verilog implementiert werden kann:

verilog
module mux4to1 (
    input wire [1:0] S,    // 2-bit selection input
    input wire D0,         // Input data 0
    input wire D1,         // Input data 1
    input wire D2,         // Input data 2
    input wire D3,         // Input data 3
    output wire Y          // Output data
);

assign Y = (S == 2'b00) ? D0 :
           (S == 2'b01) ? D1 :
           (S == 2'b10) ? D2 :
                         D3;

endmodule


Erklärung des Codes:

- Das Modul mux4to1 hat fünf Eingänge: zwei Steuerleitungen (S), die 2 Bit breit sind, und vier Datenleitungen (D0, D1, D2, D3).
- Der Ausgang ist Y, der das ausgewählte Datenbit ausgibt.
- Eine Zuweisung (assign) verwendet einen bedingten Operator (? :). Abhängig von dem 2-Bit Steuerwert S, wird der entsprechende Eingang (D0, D1, D2, D3) auf den Ausgang Y geschaltet.

Durch die Verwendung eines 4:1 Multiplexers kann die gewünschte Operation ausgewählt und auf den Ausgang der 1-Bit ALU geleitet werden.
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