Глава 7. Арифметическо-логическое устройство Теоретические сведения 7.1 Общие сведения

АЛУ- это устройство, которое, может выполнять арифметические операции:

- логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ;

- операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.п.

В АЛУ имеются программно недоступные регистры Т1 и Т2, предназначенные для временного хранения операндов, схема десятичной коррекции и схема формирования признаков.

Простейшая операция сложения используется в АЛУ для инкрементирования содержимого регистров. продвижения регистра-указателя данных и автоматического вычисления следующего адреса. Простейшая операция вычитания используется в АЛУ для декрементирования регистров и сравнения переменных. Простейшие операции автоматически образуют "тандемы" для выполнения в АЛУ таких операций, как, например, инкрементирование 16-битных регистровых пар. В АЛУ реализуется механизм каскадного выполнения простейших операций для реализации сложных команд.

Так, например, при выполнении одной из команд условной передачи правления по результату сравнения в АЛУ трижды инкрементируется СК, дважды производится чтение из РПД, выполняется арифметическое сравнение двух переменных, формируется 16-битный адрес перехода и принимается решение о том, делать или не делать переход по программе. Все перечисленные операции выполняются в АЛУ всего лишь за 2 мкс.

Важной особенностью АЛУ является его способность оперировать не только байтами, но и битами. Отдельные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены, инвертированы, переданы, проверены и использованы в логических операциях. Эта способность АЛУ, оперировать битами, столь важна, что

во многих описаниях МК говорится о наличии в нем "булевского процессора". Для

управления объектами часто применяются алгоритмы, содержащие операции над

входными и выходными булевскими переменными (истина/ложь), реализация

которых средствами обычных микропроцессоров сопряжена с определенными

Таким образом, АЛУ может оперировать четырьмя типами информационных

объектов: булевскими (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными

В АЛУ выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих

данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов),

то путем комбинирования "операция/ режим адресации" базовое число команд 111

расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.

Арифметико-логическое устройство функционально можно разделить на две части:

а) микропрограммное устройство (устройство управления), задающее
последовательность микрокоманд (команд);

б) операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная
последовательность микрокоманд (команд).

Структурная схема АЛУ и его связь с другими блоками машины показаны на рисунке 7.1. В состав АЛУ входят регистры Рг1 - Рг7, в которых обрабатывается информация, поступающая из оперативной или пассивной памяти N1, N2,...NS; логические схемы, реализующие обработку слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления.

Закон переработки информации задает микропрограмма М, которая записывается в

виде последовательности микрокоманд А1,А2,..., Ап-1,Ап. При этом различают два

вида микрокоманд: внешние, то есть такие микрокоманды, которые поступают в

АЛУ от внешних источников и вызывают в нем те или иные преобразования

информации (на рис. 2 микрокоманды А1,А2,..., An), и внутренние, которые

генерируются в АЛУ и воздействуют на микропрограммное устройство, изменяя

естественный порядок следования микрокоманд. Например, АЛУ может

генерировать признаки в зависимости от результата вычислений j,w,Q и др. (j -

признак переполнения, w - признак отрицательного числа, Q - признак равенства О

На рис. 2 эти микрокоманды обозначены pi, p2,..., pm.

Результаты вычислений из АЛУ передаются по кодовым шинам записи yl, y2,...,yS,

1. Рг1 сумматор (или сумматоры) - основной регистр АЛУ, в котором образуется
результат вычислений;

2. Рг2, РгЗ регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в
зависимости от выполняемой операции);

3. Рг4 - адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания
(иногда и формирования) адреса операндов и результата;

4. Ргб - к индексных регистров, содержимое которых используется для
формирования адресов;

5. Рг7 - 1 вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут
быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для
запоминания промежуточных результатов.

Часть операционных регистров является программно-доступной, то есть они могут быть адресованы в команде для выполнения операций с их содержимым.

остальные регистры программно-недоступные, так как они не могут быть адресованы в программе. Операционные устройства можно классифицировать по виду обрабатываемой информации, по способу обработки информации и логической структуре. Подробная классификация АЛУ показана на рис. 7.2. Сложность логической структуры АЛУ в определенной степени можно охарактеризовать количеством отличающихся друг от друга микроопераций,

необходимых для выполнения всего комплекса задач, поставленных перед АЛУ. На входе каждого регистра собраны соответствующие логические схемы, обеспечивающие такие связи между регистрами, что позволяют реализовать заданный набор микроопераций.

Выполнение операций над словами сводится к выполнению последовательности микрокоманд, которые управляют передачей слов в АЛУ и действиями по преобразованию слов. Порядок выполнения микрокоманд определяется алгоритмом выполнения операций. Следовательно, связи между регистрами АЛУ и функции, которые должны выполнять регистры, зависят в основном от принятой методики выполнения операций: арифметических, логических и специальной арифметики. Перечень операций, выполняемых в АЛУ, зависит от назначения цифровой вычислительной машины и от функций, выполняемых АЛУ при обеспечении работы остальных устройств машины. При представлении операций в виде последовательностей микроопераций АЛУ должно состоять из элементов; реализующих эти микрооперации.

Таким образом, структура АЛУ определяется набором микроопераций, необходимых для выполнения заданных арифметических, логических и специальных операций, а задачу построения АЛУ можно свести к задаче определения набора микроопераций, который позволяет составить микропрограмму любой из заданных операций. Такой набор легко получить, если записать микропрограммы всех операций, выполняемых в АЛУ, и выбрать из них все микрооперации, входящие в микропрограммы хотя бы один раз. Однако, если при этом алгоритм операций выбирать произвольно, то количество микроопераций, входящих в полный набор, может оказаться слишком большим и, следовательно, АЛУ будет сложным.

Для получения более простой схемы АЛУ алгоритмы арифметических и логических операций следует выбирать из условия получения минимального набора микроопераций. При этом необходимо учитывать требование обеспечения заданного быстродействия АЛУ: слишком ограниченный набор микроопераций может привести к "длинным микропрограммам некоторых операций", что увеличивает время выполнения данных операций.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: