9. Арифметико-логическое устройство
Приведём рассмотренную ранее структурную схему процессора:
Рисунок 71. Структурнач схема процессора
Обозначения:
АЛУ – арифметико-логическое устройство (соответствует ОБ)
УУ – управляющее устройство (соответствует УБ)
РП – регистровая память – сверхоперативное запоминающее устройство.
ИФП – интерфейс процессора (с его помощью осуществляется обмен данными процессора с внешней средой, которая условно обозначена в виде системной шины - СШ)
АЛУ – устройство выполняющие арифметические и логические операции, как программно, так и аппаратно.
В нашем курсе нам наиболее интересно – аппаратное выполнение.
АЛУ может быть создано как единое устройство – сложное универсальное АЛУ, так и как совокупность нескольких независимых блоков. Последний вариант наиболее распространён.
Рассмотрим структуру АЛУ в этом случае.
Рисунок 72. Структурная схема АЛУ
Обозначения:
Дв∑ - двоичный сумматор;
Дес∑ - десятичный сумматор;
Умн – умножитель;
СОЛО – схема однобайтовых логических операций.
Каждый из
блоков задействует РП и управляет одним
из УС -
9.1. Двоичный сумматор
Требования предъявляемые при кодировании операндов в вычислительных процессах:
Арифметические операции должны сводится к логическим;
Алгебраические операции должны сводится к алгебраическим (разница между ними в знаковом разряде);
Знаковые разряды при алгебраических операциях должны обрабатываться так же, как цифровые;
Сигнал переполнения разрядной сетки должен формироваться аппаратно и весьма просто.
Рассмотрим два одноразрядных двоичных числа: А и В.
А В S P
0 0 0 0
0 1 1 0
0 0 1 0
0 1 0 1
Таблица 2
S
– сумма – аналог сложению по модулю
два -
Р – сигнал
переноса – аналог конъюнкции -
Операции, рассмотренные выше, могут быть реализованы на двоичном полусумматоре.
Функциональная схема:
Рисунок 73. Функциональное обозначение полусумматора
Структура полусумматора:
Рисунок 74. Логическая схема полусумматора
Рисунок 75. Функциональная схема одноразрядного двоичного сумматора:
Рисунок 76. Структурная схема одноразрядного двоичного сумматора ОДС
Таблица 3
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Отметим, что представление числа в ЭВМ зависит от формата и формы.
Существует два основных формата:
Представление двоичного числа в виде числа с фиксированной запятой (1, 43567, 78 и т.д.);
Представление двоичного числа в виде числа с плавающей запятой (0.123, 123
и т.д.).
Две формы представления чисел:
Без знаковая запись;
Знаковая запись.