Тема 2.2 Арифметическое логическое устройство (алу)
1) Формы представления информации в эвм
Любая информация в ЭВМ представляется в виде двоичных кодов фиксированной или переменной длины. В различных ЭВМ применяются различные разрядные сетки. Разрядная сетка – это количество разрядов, обрабатываемых за один такт или необходимых для размещения в одной ячейке ОП.
а) Числа с фиксированной запятой – это естественная форма представления числа, когда положение запятой строго фиксировано либо перед старшем разрядом, либо после младшего разряда.
Правильные дроби (запятая перед старшим разрядом)
Разряды нумеруются слева направо, начиная с нулевого, который является знаковым, где 0 - +, 1 - -. Максимальное машинное число без учёта знака |Х|max=,111…1n=1-2n
|Х|min=,00…01n=2n
Значит диапазон чисел 2n<=|X|<=1-2n. Если |X|>1-2n, то получится переполнение разрядной сетки.
Целые числа (запятая после младшего разряда)
б) Числа с плавающей запятой
Это полулогарифмическая форма представления числа X …
Где g – мантисса числа X – дробь со знаком, Sp – характеристика числа, где S – основание, а p – порядок числа (целое число со знаком) и определяет положение запятой в числе X…
2) Представление алфавитно-цифровой информации и десятичных чисел
1. Код ASCII (смотри ПФУ)
2. BCD (смотри ПФУ)
3. Структура АЛУ
АЛУ выполняет группы операций: а) двоичной арифметики для чисел с фиксированной запятой (ФЗ); б) двоичной арифметики для чисел с ПЗ; в) десятичной арифметики в коде BCD.; г) арифметические и логические сдвиги; д) логические операции (И, или, сравнение кодов и так далее).
1 Классификация алу
а) По способу действия:
- Последовательные, где операнды в последовательном коде и операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами.
- Параллельные, где операнды в параллельном коде, а операции идут параллельно над всеми разрядами операндов.
- Последовательно-параллельные.
б) По способу представления чисел
- Для чисел с ФЗ
- Для чисел с ПЗ
- Для десятичных чисел
в) по характеру использования элементов и узлов
Блочные (функциональные), где все операции выполняются в отдельных блоках (высокая скорость, но очень большие затраты оборудования)
Многофункциональные (универсальные), где все операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами
г) По связям с ОЗУ
-С непосредственной связью, где схема управления передачей информации соединены непосредственно с выходами соответствующих регистров АЛУ, при этом операнды, участвующие в конкретным микрооперациях считываются из одних регистров, а в других образуются результаты.
-С магистральной структурой, где схемы для преобразования информации выделены в отдельный блок, а регистры служат лишь для хранения данных. С магистралью связан лишь блок преобразования информации.
2 Структура алу
Функционально делится на 2 части:
- Устройство управления, задающее последовательность микрокоманд в соответствии с выбранной командой
- Операционное устройство (непосредственно АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд
Рисунок 9 – Структурная схема АЛУ
В состав АЛУ входят регистры Rg1-Rg7, в который обрабатывается информация, поступающая по линиям N1-Nn из ОП, кэш, РОНов и так далее. Закон обработки информации задаёт некоторая микропрограмма М, которая состоит из последовательности микрокоманд А1-Аn, называемых внешними микрокомандами. P1-Pn – внутренние микрокоманды, которые генерируются в АЛУ и воздействуют на УУ, изменяя естественный порядок следования микрокоманд А1-Аn. То есть это признаки (0, отрицательного числа и так далее). Результаты вычислений передаются по линиям Y1-Yn в ОП, кэш и так далее.
Функции регистров:
Rg1 – сумматор(ы), в которых образуются результат вычислений. Rg2-Rg3 – регистры данных (операндов). Rg4-Rg5 – адресные регистры, служат для запоминания, иногда формирования адреса операндов и результата. Rg6 – это K индексных регистров, используемых для формирования адреса. Rg7 – это L вспомогательных регистров, которые используются программистом и по его желанию могут быть аккумуляторами, индексными регистрами, или использоваться для запоминания промежуточных результатов.
Часть регистров АЛУ программно доступны, то есть могут быть адресованы в команде: это сумматор, индексные регистры и некоторые вспомогательные. Разрядность регистров АЛУ равна разрядности РОНов МП.