19331

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБ АЛУ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

АК ЛЕКЦИЯ 8 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБ АЛУ АРИФМЕТИКОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО АЛУ – одна из основных функциональных частей процессора осуществляющая непосредственное преобразование информации. Все операции выполняемые в АЛУ можно разделить на следующие группы: ...

Русский

2013-07-11

592 KB

24 чел.

АК ЛЕКЦИЯ 8 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБ АЛУ

  1.  АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

АЛУ – одна из основных функциональных частей процессора, осуществляющая непосредственное преобразование информации.

Все операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы:

  •  операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;
  •  операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;
  •  операции десятичной арифметики над числами, представленными в двоично-десятичном коде;
  •  операции адресной арифметики (при модификации адресов команд);
  •  операции специальной арифметики (нормализация, сдвиг);
  •  логические операции;
  •  операции над алфавитно-цифровыми полями.

Для выполнения перечисленных операций в АЛУ включают следующие функциональные узлы:

  •  сумматор (для выполнения суммирования и других действий над кодами операндов);
  •  регистры (для хранения кодов операндов на время выполнения действия над ними);
  •  сдвигатели (для сдвига кода на один или несколько разрядов вправо или влево);
  •  преобразователи (для преобразования прямого кода числа в обратный или дополнительный);
  •  комбинационные схемы (для реализации логических операций, мультиплексирования данных, управляемой передачи информации, формирования признаков результата).

Регистры и в некоторых случаях сумматоры имеют цепи управления приемом, выдачей и сбросом кодов операндов. Логические операции, операции сдвига и преобразования кодов могут выполняться не только специальными устройствами, но и с помощью дополнительных связей регистров и сумматора.

Структура алу

Обобщенная структурная схема АЛУ (рис. 7.1) включает:

- блок регистров для приема и размещения операндов и результатов;

- операционный блок, в котором осуществляется преобразование операндов в соответствии с реализуемыми алгоритмами;

- схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль и диагностирование ошибок;

- блок управления (БУ), в котором после приема кода операции (КОП) из центрального устройства управления формируются управляющие сигналы (УС), координирующие взаимодействие всех узлов АЛУ между собой и с другими блоками процессора.

Блок регистров связан с РОН центрального процессора и кэш-памятью данных.

Иногда АЛУ не содержит своего БР, в этом случае операционный блок непосредственно работает с регистрами общего назначения процессора. Для оперативного управления выполнением операции в ОБ на разных этапах анализируется преобразуемая информация и формируются сигналы признаков (флаги), которые используются в БУ для выработки и посылки в процессор сигнала признака результата (ПРез).

Для оценки АЛУ используются следующие характеристики: множество выполняемых операций, разрядность, время выполнения операций, надежностные и энергетические характеристики.

Рис. 7.1. Обобщенная структурная схема АЛУ.

Сумматоры

Сумматоры АЛУ делятся:

  •  по типу использования для суммирования базовых элементов (комбинационные и накапливающие);
  •  по способу осуществления операции суммирования (последовательные и параллельные).

Сумматоры последовательного действия выполняются, как правило, на комбинационных элементах; на сегодняшний день устройства такого типа почти не применяются. В АЛУ современных ЭВМ средней и высокой производительности применяются сумматоры параллельного действия, выполняемые на накапливающих или комбинационных элементах.

Рис. 7.2. Сумматор параллельного действия (на накапливающих элементах).

В качестве накапливающих элементов могут служить обычные T-триггеры. Перед суммированием триггеры сумматора устанавливаются в нулевое состояние сигналом сброс. Затем на счетные входы триггеров подается первое слагаемое и запоминается. В следующем такте на входы триггеров подается второе слагаемое.

Триггеры тех разрядов, в которых второе слагаемое равно 1, меняют свое состояние на противоположное. В тех разрядах, в которых триггеры перешли из единичного состояния в нулевое, возникают сигналы переносов, последовательно передаваемые в старшие разряды сумматора. Арифметические операции сумматора выполняются с учетом знаков операндов.

Классификация АЛУ

По способу представления чисел:

  •  для чисел с фиксированной точкой;
  •  для чисел с плавающей точкой;
  •  для десятичных чисел.

По способу действия над операндами:

  •  параллельные.

В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.

  •  последовательные; 

В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. Такие АЛУ, как правило, используют конвейерный метод обработки, при котором совмещаются во времени фазы выполнения операции для различных разрядов операндов.

По выполняемым функциям АЛУ подразделяются на:

  •  многофункциональные;

В многофункциональных АЛУ все возможные операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

  •  функциональные (блочные).

В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными и алфавитно-цифровыми полями, операции умножения выполняются в отдельных блоках. Такой подход позволяет увеличить скорость работы АЛУ за счет использования быстродействующих блоков, а также за счет организации параллельной работы этих блоков. Однако в этом случае значительно увеличиваются затраты на оборудование.

По структурной организации АЛУ подразделяются на устройства, имеющие:

  •  регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной логикой;
  •  магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой.

В АЛУ с регистровой структурой за каждым из регистров закреплена своя логическая схема, используемая для выполнения микрооперации (см. рис. 7.3).

Пример:

С регистром Рг1 непосредственно связан преобразователь кода ПК1. С регистром Рг3 объединен комбинационный сумматор КСМ по схеме накапливания сумматора, а с КСМ, в свою очередь, связаны ПК2 и комбинационная схема КС для мультиплексирования входных данных. На регистре Рг3 выполняются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. Регистр Рг4 выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан с ПК3. Таким образом, в АЛУ с такой структурой функции хранения и преобразования информации выполняются одним и тем же операционным блоком.

 

Рис. 7.3. Регистровая структура с закрепленной логикой

В АЛУ с магистральной структурой регистры выделены в отдельный блок, а схемы для преобразования информации выделены также в отдельный операционный блок (ОБ), который связан с блоками регистров по входам и выходам (см. рис. 7.4). Блок регистров (БР) осуществляет функции приема, хранения и выдачи операндов и результатов, а ОБ выполняет весь набор микроопераций над словами, хранимыми в блоке регистров. В АЛУ с такой структурой блок регистров может быть реализован или как СОЗУ, или как совокупность отдельных регистров с индивидуальными схемами управления. Структура же ОБ имеет следующие модификации:

  •  последовательное соединение операционных узлов;
  •  параллельное соединение операционных узлов.

Пример АЛУ с магистральной структурой с последовательным соединением узлов ОБ.

В этом АЛУ преобразователь кода ПК, комбинационный сумматор КСМ и сдвигатель СДВ соединены последовательно, причем ПК и КСМ по входам связаны с выходными шинами блока регистров, а выход СДВ – с входной шиной блока регистров. Такая организация операционного блока дает возможность выполнять с высокой скоростью последовательности микроопераций, обеспечивающие выполнение одного слова.

Рис. 7.4. Магистральная структура с последовательным соединением операционных узлов

В случае же параллельного соединения операционных блоков АЛУ все операционные блоки: СМ, СДВ, КС, ПК параллельно соединяются с входными и выходными шинами блока регистров, что позволяет выполнять несколько микроопераций параллельно. Выглядит это так, как показано на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Магистральная структура с параллельным соединением операционных узлов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41879. Сброс и подбор пароля Windows7 1.49 MB
  Сброс пароля Windows7 На многих компьютерах ноутбуках и других устройствах под управлением Windows 7 пользователи устанавливают пароли на вход.Сброс пароля Windows 7 при помощи командной строки Для реализации этого способа необходим доступ к командной строке с правами Администратора.Сначала нам необходимо создать установочный диск или флешку с Windows 7.Загружаемся с диска и запускаем установку:Нажимаем Далее:Щелкаем по ссылке Восстановление системы:Немного ждем пока происходит поиск установленных Windows выбираете вашу Windows 7 и...
41880. Создание документов с помощью функции слияния 202.6 KB
  Принцип слияния: при подготовке серийного документа используются файл с основным документом и файл источника данных. В основной документ вставляются поля подстановки или поля слияния в которые затем и помещаются переменные данные в результате чего образуется готовый документ. Во время слияния MS Word строит на основе этих файлов множество необходимых документов.
41882. Элементный анализ органических веществ 84.34 KB
  В сухую пробирку насыпают черный порошок оксида меди. Добавляют половину микролопатки глюкозы и тщательно перемешивают встряхивая пробирку. Пробирку закрывают пробкой с газоотводной трубкой при этом конец трубки должен упираться в вату. Нижний конец трубки опускают в пробирку с 56 каплями баритовой воды.
41883. СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ НАСТРОЙКА СТАНКА 3.23 MB
  Для выполнения любой операции механической обработки заготовок необходимо произвести настройку станка. Под настройкой понимают процесс установки и закрепления режущего инструмента, приспособлений и других устройств (упоров, кулачков и т.д.) для обеспечения необходимого взаимного положения обрабатываемой заготовки и инструмента, при котором выдерживается заданная точность обработки
41884. Исследование метеорологических условий (микроклимата) в производственном помещении 187.53 KB
  Измерить температуру влажность скорость движения воздуха создаваемую вентилятором и атмосферное давление воздуха в помещении лаборатории результаты измерений занести в таблицу 1. Определить расчетным путем относительную влажность воздуха по результатам измерений параметров микроклимата для аспирационного психрометра используя формулы 2 и 3 методических указаний. Для измерения температуры воздуха в помещении наиболее целесообразно использовать сухой термометр аспирационного психрометра. Относительная влажность воздуха Аспирационный...
41885. Информатика и системы вычисления. Сборник лабораторных работ. 108.14 KB
  Список с двумя указателями Номер абонемента Название книги дата выдачи дата возврата дата фактического возврата. Вставить новый узел в список после последнего узла с таким же номером абонентадата фактического возврата еще не заполнена. Список с головным элементом Номер мед. полисом в новый список.
41886. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАСТВОРИМОСТЬ БЕЛКОВ (НА ПРИМЕРЕ БЕЛКОВ МЯСА, РЫБЫ, МУКИ) 135.38 KB
  При жарке мяса температура в центре куска может быть 60 С полусырой бифштекс или ростбиф или 80 85 С полностью прожаренное мясо а при варке 94 96 С. При нагревании мяса и рыбы до более высокой температуры уменьшается растворимость мышечных белков уплотняются белковые студни снижается влагоудерживающая способность мяса и рыбы уменьшается сочность изделий и повышается их жесткость. Поэтому при тепловой обработке мяса и рыбы следует применять мягкие режимы тепловой кулинарной обработки стремиться сокращать продолжительность хранения...
41887. Знакомство с основными понятиями Microsoft PowerPoint и приемами создания и оформления презентаций 3.27 MB
  Следующим шагом окажется появление окна Разметка слайда на котором представлены различные варианты разметки слайдов рисунок 1. рисунок 2. Щелкните правой кнопкой мыши по заголовкам столбцов B C D – и выберите режим удалить или вырезать посмотрите что у вас получилось рисунок 3. Упражнение: Добавление графических объектов на слайд Задание: Разместите на титульном слайде рисунок.