Основные функции и характеристики алу
Основные функции АЛУ
Современные АЛУ выполняют:
функции двоичной арифметики для данных в формате с фиксированной точкой;
функции двоичной арифметики для данных в формате с плавающей точкой;
функции арифметики двоично-десятичного представления данных;
логические операций (в том числе сдвиги арифметические и логические);
операции пересылки данных;
работу с символьными данными;
работу с графическими данными.
Основные характеристики алу
Основные характеристики АЛУ можно разделить на количественные и качественные.
Количественные характеристики
Количественные характеристики определяют скорость выполнения операций, время выполнения одной операции, точность представления данных, количество выполняемых операций.
Среднюю скорость выполнения операций Vср. в АЛУ можно определить как отношение N(T)- количества операций, выполненных за отрезок времени Т к данному отрезку времени:
Vср = N(T)/T
Среднее время, которое АЛУ тратит на выполнение операции равно:
Tср = 1/Vср
Точность представления данных в АЛУ зависит от разрядной сетки АЛУ и выбранного формата данных.
Качественные характеристики АЛУ:
К качественным характеристикам АЛУ относятся:
структурные особенности АЛУ;
форматы представления данных (с фиксированной или плавающей точкой);
способы кодирования данных.
Развитие структуры алу
АЛУ первого поколения строились по принципу распределения микроопераций и их закрепления за отдельными элементами устройства, для выполнения операций в регистрах они дополнялись логическими схемами.
В АЛУ первого поколения использовался сумматор накапливающего типа. Сумматор накапливающего типа строится на триггерах и для выполнения операций в нем данные должны подаваться в виде импульсных сигналов последовательно, например, сначала подается первое слагаемое, затем второе, затем перенос из предыдущего (младшего) разряда. Понятно, что такой сумматор не может обеспечить высокое быстродействие АЛУ. На рисунке 4.4 показана структура АЛУ первого поколения.
Рис.4.4. структура АЛУ первого поколения
АЛУ имеет сложное устройство управления, выполненное по жесткой схеме, т.е. такое устройство формирует все управляющие сигналы при помощи специальных комбинационных схем. Операции выполняются над числами, представленными в формате с фиксированной точкой.
В АЛУ 2-го поколения используется сумматор комбинационного типа, обеспечивающий более высокое быстродействие по сравнению с сумматором накапливающего типа, большее количество регистров, используется формат данных с плавающей точкой, для управления потоками данных введено большее количество мультиплексоров, введены буферные регистры для связи с оперативной памятью, но по прежнему много операций выполняется в регистрах.
АЛУ 3-го поколения выполняются на БИС и СБИС, технология требует, чтобы структура АЛУ была более однородной, внутренняя структура делится на крупные блоки. Арифметико-логические операции выполняются в отдельном логико- суммирующем модуле, соединение между блоками осуществляется с помощью внутреннего интерфейса, используется 2-х и 3-х шинная организация. При интегральной технологии шины занимают большой объём кристалла, но введение дополнительных связей повышает быстродействие АЛУ, возможно выполнение операции за 1 такт. Достоинства АЛУ 3-го поколения в компактности, высокой надёжности, однородности структуры.
В современных АЛУ широко используются принципы временного и пространственного параллелизма при выполнении операций.
Развивается 2 направления:
использование блочных АЛУ (пространственный параллелизм);
использование конвейерных АЛУ (временной параллелизм).