Назначение, принципы построения и характеристики
арифметическо-логических устройств (АЛУ).
Арифмети́ческо-логи́ческое устро́йство (АЛУ) (англ. arithmetic and logic unit, ALU) — блок процессора, который служит для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.
Набор операций в АЛУ
АЛУ является достаточно универсальным устройством. Оно может выполнять большое количество разнообразных операций. Операции АЛУ можно разделить на группы согласно нескольким критериям:
тип и представлению обрабатываемых данных — целые, нецелые числа с фиксированной и плавающей запятой, логические величины, особые типы;
группировка и коммутация данных — скалярные, векторные операции поэлементные, перестановочные и т. д.;
род операций — арифметические, алгебраические, тригонометрические, логические, пересылочные, множественные, сравнения;
ЭВМ
Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:
операции двоичной арифметики над числами с фиксированной запятой;
операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики над числами с плавающей запятой;
операции двоично-десятичной арифметики;
операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);
операции специальной арифметики;
операции над логическими кодами (логические операции);
операции над алфавитно-цифровыми полями.
5. Назначение и классификация алу
1) Виды обработки операндов
2) организация выполнения действий над операндами
3) способы связи между основными узлами
Типы АЛУ: 1) используемая система счисления
2) по формам представления числовых данных – с фиксированной или плавающей запятой.
3) по виду связей между основными узлами – с непосредственной связью и с магистральной структурой.
Принцип организации АЛУ с непосредственными связями:
сумматор и схема управления соединены непосредственно с выходами соответствующих регистров. Операнды считываются их определенных регистров. Результат определяется и передается также в определенные регистры.
АЛУ магистральной
структуры:
Схемы для преобразования информации
выделены в отдельные блоки, включающие
в себя сумматор и регистр сдвига. Регистры
служат лишь для хранения операндов во
время их обработки. Вх/вых сумм регистров
содержат
только схемы приема и выдачи информации.
Принципы действия управляющих автоматов. Управляющие
автоматы с "жесткой" и "программируемой" логикой.
Управляющие автоматы
Управляющие автоматы – это устройства, предназначенные для формирования сигналов требуемой полярности, длительности в заданные моменты памяти, обеспечивающие реализацию микропрограмм цикла работы процессора.
УА можно классифицировать: 1) УА с «жесткой» логикой; 2) УА на основе программируемых логических матриц (ПЛМ); 3) УА с программируемой логикой – АПЛ (микропрограммные устройства управления); 4) специализированные УА на базовых матричных кристаллах, ПЛИС и другие.
УА с жесткой логикой (структурная схема).
ЭА – элементарные автоматы (используются триггеры)
ОС – осведомительные сигналы
Главное достоинство – высокое быстродействие (работает на тех же тактовых частотах, что и операционный автомат). Недостатки – 1) сложность (громоздкость, большие затраты оборудования); 2) сложность проектирования; 3) любое изменение в микропрограммах приводит к перестройке всего управляющего автомата. Этих недостатков лишены свободные управляющие автоматы программируемой логикой (АПЛ).
АПЛ
Структурная схема. Основу составляет микропрограммное запоминающее устройство (МПЗУ), в котором хранятся команды.
ОЧ – операционная часть
АЧ – адресная часть, указывает местоположение следующей микрокоманды
РгАМК – регистр адреса микрокоманды
БФАМК - блок формирования адреса микрокоманды
БФУС – блок формирования управляющих сигналов
АПЛ различаются по следующим признакам:
1) по способу исполнения микрокоманды (многофазное и однофазное микропрограммирование). При однофазном тактировании выбранная микропрограмма выполняется в течении одного такта, при многофазном – в течении нескольких тактов (сколько раз имеется). Многофазное позволяет включить в состав микрокоманды большое число несовместимых микроопераций, разнеся их по разным тактам исполнения. В результате микропрограмма оказывается короче по числу слов МПЗУ и следовательно выполняется быстрее.
2) по способу кодирования микроопераций
а) с горизонтальным микропрограммированием (унитарное кодирование)
б) вертикальное кодирование (неизбыточное)
в) смешанное кодирование (кодирование с полевой структурой)
3) по способу формирования исполнительного адреса микрокоманды:
а) с принудительной адресацией (одним, двумя адресами)
б) с естественной адресацией
в) АПЛ с совмещенной и разделенной адресной и операционной частью микрокоманды.
АПЛ получили распространение и вытеснили УА с жесткой логикой благодаря появлению быстродействующих ПЗУ большой емкости.