Системная шина.
Существует 2 разновидности СШ:
СШ с разделенными шинами адреса и данных (ША, ШД)
СШ с совмещенными шинами адреса и данных (ШАД)
СШ: ША, ШД
П
– процессор
m, n – разрадност
ШУ - шина управления
ШАД:
Лекция 2 Архитектура арифметико-логических устройств
АЛУ предназначено для преобразования цифровой информации путем выполнения арифметических и логических операций над машинными словами.
Машинные слова: команды, числа, управляющие слова.
Под операцией понимают действия закодированные в слове команды, которые нужно выполнить над соответствующими операндами. Например сложение, вычитание, умножение, деление.
АЛУ функционирует на микропрограмном уровне, таким образом, выполнение операции в АЛУ сводится к выполнению определенной последовательност
и микроопераций, реализованной в данном АЛУ.
Например для выполнения операции умножения в некоторых АЛУ необходимо выполнить последовательность таких микроопераций, как сложение и сдвиги.
В зависимости от этого операции делятся на однотактные – реализуются за 1 такт машинного времени, одна микрооперация, и многотактные – последовательность микроопераций, каждая виполняется за 1 такт машинного времени.
В некоторых типах АЛУ реализованы скоростные одноактные способы умножения и деления (рассмотрим).
АЛУ по способу представления обрабатываемых чисел делятся на АЛУ с фиксированной и плавающей запятой.
По времени выполнения МО на синхронные и асинхронные. В синхронных для всех МО выделяется одинаковое время (определенное количество машинных тактов). В асинхронных для каждой МО выделяется то количество машинных тактов, которое нужно для выполнения команды, при этом по завершении выполнения операции формируется управляющий сигнал сигнализирующой об окончании ваполнения операции. Пока сигнала нет, следуюая операция не выполняется.
Синхронные АЛУ обладают недостатком непродуктивного расхода времени, например, для выполнения операций сложения и деления будет выделено одинаковое количество тактов и АЛУ будет простаивать после выполнения 1 такта сложения. Асинхронные АЛУ подразумевают использование дополнительной аппаратной или микропрограммной реализации для формирования управляющих сигналов завершения выполнения операции.
При проектировании ВС и ЭВМ главный принцип повышение производительности, быстродействия, уменьшение аппаратурных затрат, поэтому на практике применяются комбинированные способы, например, для выполнения однотактных операций применяется синхронный способ выполнения, а для многотактных – асинхронный.
Языки описания преобразования информации алу
Таким образом на микропрограммном уровне мы оперируем с понятиями микрооперация и микроалгоритм.
Микрооперация - это элементарное действие, которое приводит к изменению разрядов машинных слов.
Последовательность микроопераций - это микроалгоритм.
К основным микрооперациям, которые выполняются в АЛУ относятся:
Микрооперация пересылки;
Микрооперация сдвига;
Микрооперация счета
Микрооперация сложения-вычитания.
К способам описания микроопераций относятся:
1.Операционная схема
2.Содержательное описание действий
3.Символьный способ описания МО
Операционная схема описывает состав аппаратуры, которая задействована для выполнения МО, а так же связей между ними.
Для содержательного описания действия используются операторы присвоения, сдвигов, арифметические и логические операторы.
Некоторые типы АЛУ имеют возможности описания микроопераций и соответственно микроалгоритмов выполнения операций на символьном языке, называемом микроасемблер.
Это удобная для человека среда написания и отладки микропрограмм на символьном языке, предполагающая наличие транслятора в машинные коды. Такие отладочные среды могут предлагать разработчики АЛУ вместе с железом, либо разрабатывать их специально для упрощения создания и отладки системы команд разрабатываемой ЭВМ. Мы будем пользоваться подобной специально разработанной отладочной средой в учебных целях.
Тут существует некоторая аналогия с системой команд ЭВМ, которая представлена на машинном языке в виде машинных кодов и имеет символьное представление в виде системного ассемблера.
Каждый тип АЛУ имеет свою систему МО, которые реализованы аппаратно или микропрограмно. АЛУ предполагают аппаратную реализацию МО, поэтому эта система микроопераций ограничена сравнительно малым набором, несколько десятков.
Команд сотни, МО десятки.
Команды выполняются последовательно, одна за другой. За один системный такт машинного времени может быть выполнена только одна команда
МО выполняются на различный узлах микропрограммного уровня реализации, поэтому за один такт может выполняться одновременно несколько МО на различных узлах.
Примеры описания наиболее часто используемых МО
МO сдвига
- операционная схема
- содержательное описание действия:
Rg1:=0.r[Rg1];
{srl r1;}
MO сложения
R3 := R1+R2
{add r3,r1,r2;}
Если выполняется несколько МО на разных цифровых узлах
{srl r1; add r2, r2, r3}
R1:=R2
{mov r2, r1;}
Классификация АЛУ
АЛУ с распределенной логикой
АЛУ с совмещенной логикой (АЛУ с общими МО)
Аппаратура для реализации МО распределена между различными функциональными узлами и устройствами. Каждое из этих устройств имеет свои цепи преобразования информации. Например, регистры для сдвига информации влево, другие вправо. Используются сумматоры, счетчики… . Реализуется группа регистров + сумматоры + счетчики для умножения, отдельно регистры+сумматоры для суммирования.
Структура АЛУ зависит от выполняемых операций, причем для каждой системы операции строится свое АЛУ.
Такие устройства зависят от типа решаемой задачи; применяются для решения специализированных задач в специализированных и объектно-ориентированных ЭВМ.. Как правило, для управления такими устройствами используются управляющие автоматы.
В универсальных ЭВМ используется АЛУ с сосредоточенной логикой. Аппаратура для преобразования данных сконцентрирована в одном блоке. Называется АЛБ. Все регистры сосредоточенны в составе оперативной памяти СОЗУ, а все микрооперации выполняются в процессе пересылки слов из регистра в регистр через общую логику АЛБ (арифметико-логический блок).
Этапы построения АЛУ с распределенной логикой стр. 35.
Пример 2.1:
Стр 35.
Вводится специальное устройство для хранения признака переноса С (триггер ТС) сохраняет разряд вышедший при сдвиге регистра. Используем синхронный D-триггер, управляемый синхросигналом CLK. Z признак равенства нелю содержимого счетчика.