Арифметико-логические устройства ЭВМ

<85>

2. Арифметико-логические устройства ЭВМ

2.1. Типы арифметических устройств и их структуры.

Как известно, АЛУ совместно с УУ образуют центральное обрабатывающее устройство – основную часть процессора.

АЛУ служит непосредственно для преобразования кодов числовых величин в процессе решения задачи.

В состав операций, реализуемых АЛУ, обычно входят:

1)  арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление, вычитание модулей и т.п.);

2)  логические (сравнение кодов на равенство, «И», «ИЛИ», «Сложение по модулю 2», именуемое также «Исключающее ИЛИ», и, реже, другие сходные операции над многоразрядными числовыми кодами (поразрядно)); исключительная редкость -  использование полей;

3)  операции специальной (машинной) арифметики (сдвиги: циклический, арифметический и логический; нормализация; счет с удвоенной точностью);

4)  операции над кодами как над текстами, строками, символьной информацией;

5)  дополнительные, специальные преобразования числовых кодов.

Последняя группа операций не имеет строго описываемых схожих черт  и чётких общих теоретических основ. Кроме того, состав операций АЛУ не определяет полностью перечень операций процессора.

<86>

Условно-схематично введём классификацию АЛУ:

            Рис. 2.1.1.

Чуть-чуть комментариев к рисунку:

−  при параллельном выполнении операций все разряды числа одновременно участвуют в формировании результата (операция может быть выполнена за 1 машинный такт);

−  существует последовательно-параллельный способ выполнения операций (параллельно над m разрядами из n);

−  в АЛУ последовательного действия малы затраты оборудования;

−  использование плавающей запятой требует затрат времени на выравнивание порядков и нормализацию;

−  эмпирически установлено, что исключительное использование фиксированной запятой требует в 1,5 раза увеличить длину мантиссы.

Эта классификация может быть расширена и дополнена.

<87>

Обобщенную структуру АЛУ, как операционного устройства, и систему его связей с другими устройствами можно представить себе так:

Рис. 2.1.2

В операционную часть (совокупность блоков, предназначенных для хранения слов и выполнения микроопераций над ними) входят: сумматоры, счетчики,  регистры, комбинационно- логические схемы и др.

Управляющая часть определяет порядок работы отдельных узлов АЛУ в зависимости от кода операции (КО), поступающего из ЦУУ. Здесь мы его рассматривать не будем (см. раздел УУ). На рисунке:

            {y_i} –  сигналы управления; далее будем их именовать управляющими функциональными сигналами (УФС);

{p_j} – осведомительные сигналы;

w – сигнал окончания операции;

р_пп – сигнал (признак) переполнения разрядной сетки.

Коды, применяемые в АЛУ, существенно влияют на его структуру, и, следовательно, требуется специальное прямое указание типов применяемых кодов. Если нет специального указания, то далее будем считать, что в ОЗУ при хранении чисел используется дополнительный код.

<88>

2.2. Организация АЛУ параллельного действия при работе над числами в естественной форме.

2.2.1. Суммирование и вычитание чисел при использовании накапливающего сумматора.

Будем полагать в этом разделе:

1)  хранение чисел в ОЗУ осуществляется в прямом коде;

2)  коды модифицированные;

3)  в АЛУ при суммировании используется модифицированный обратный код.

            Выполняется операция S(A)=S(A)+B:

Рис. 2.2.1.1

Первоначально подается импульс, УФС сброс y₀. Затем из регистра слагаемого подается первое число (по y₂), т.е. считается, что первое число там всегда хранится заблаговременно. Не ранее чем через интервал времени  вводится второе число.