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如图所示逻辑电路,其中FA为全加器,LG为单个逻辑门,若F=0时,输出为X3X2X1X0+Y3Y2Y1Y0;F=1时,输出为X3X2X1X0-Y3Y2Y1Y0,则LG应为:

A.OR B.NOR C.NAND D.XOR
题目配图 题目配图
单选题 中等 笔试真题单选

参考答案

正确选项为D.XOR。 解析:该电路是一个可控加减法器。全加器FA级联构成4位加法器,每个FA的输入分别为X_i、经过LG处理的Y_i以及来自低位的进位。输出为S_i。控制信号F决定运算类型:当F=0时做加法,输出X+Y;当F=1时做减法,输出X-Y。减法在补码系统中实现为X + (Y的补码),其中Y的补码等于按位取反再加1。因此,当F=1时,需要将Y的每一位取反,同时将最低位的进位输入置为1。取反操作由单个逻辑门LG完成:对于每个Y_i,LG的输出应为Y_i XOR F,因为当F=0时输出Y_i,当F=1时输出~Y_i。异或门(XOR)正好满足这一功能。其他门无法实现:OR门在F=1时输出Y_i|1=1,而非取反;NOR门输出~(Y_i|F),F=1时输出0,F=0时输出~Y_i,不符合;NAND门输出~(Y_i & F),F=1时输出~Y_i,但F=0时输出1,也不符合。只有XOR门能精确实现取反控制。此外,最低位的进位输入C0应连接F,以完成加1操作。因此,LG为异或门。

涉及知识点

  • 补码加减法原理
  • 全加器级联构成加法器
  • 异或门实现可控取反
  • 减法器控制信号设计
  • 逻辑门功能对比
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