Оглавление

Глава 7. Операционные устройства вычислительных машин 1

Структуры операционных устройств 2

Операционные устройства с жесткой структурой 2

Операционные устройства с магистральной структурой 2

Классификация операционных устройств с магистральной структурой 3

Организация операционного блока (ОПБ) магистрального операционного устройства. 3

Операционные устройства с фиксированной запятой 4

Операционные устройства с плавающей запятой 4

Подготовительный этап 5

Заключительный этап 6

Сложение и вычитание 6

Умножение 7

Деление 7

Глава 7. Операционные устройства вычислительных машин

В классической фон-неймановской ВМ функция арифметической и логической обработки данных возлагается на арифметико-логическое устройство(АЛУ). Учитывая разнообразие выполняемых операций и типов обрабатываемых данных, реально можно говорить не о едином устройстве, а о комплексе специализированных операционных устройств (ОПУ), каждое из которых реализует определенное подмножество арифметических или логических операций, предусмотренных системой команд ВМ. С этих позиций следует выделить:

• ОПУ целочисленной арифметики;

• ОПУ для реализации логических операций;

• ОПУ десятичной арифметики;

• ОПУ для чисел с плавающей запятой.

В минимальном варианте АЛУ должно содержать аппаратуру для реализации лишь основных логических операций, сдвигов, а также сложения и вычитания чисел в форме с фиксированной запятой (ФЗ). Опираясь на этот набор, можно программным способом обеспечить выполнение остальных арифметических и логических операций как для чисел с фиксированной запятой, так и для других форм представления информации. Следует, однако, учитывать, что подобный вариант не позволяет добиться высокой скорости вычислений, поэтому по мере расширения технологических возможностей доля аппаратных средств в составе АЛУ постоянно возрастает.

Структуры операционных устройств

Набор элементов, на основе которых строятся структуры различных ОПУ, называется структурным базисом. Структурный базис ОПУ включает в себя:

• регистры, обеспечивающие кратковременное хранение слов данных;

• управляемые шины, предназначенные для передачи слов данных;

• комбинационные схемы, реализующие вычисление функций микроопераций и логических условий по управляющим сигналам от устройства управления.

Операционные устройства с жесткой структурой

В ОПУ с жесткой структурой комбинационные схемы жестко распределены между всеми регистрами. К каждому регистру относится свой набор комбинационных схем, позволяющих реализовать определенные микрооперации.

Достоинством ОПУ с жесткой структурой является высокое быстродействие, недостатком – малая регулярность структуры, что затрудняет реализацию таких ОПУ в виде больших интегральных схем.

Операционные устройства с магистральной структурой

В ОПУ с магистральной структурой все внутренние регистры объединены в отдельный узел регистров общего назначения(РОН) а все комбинационные схемы - в операционный блок (ОПБ), который зачастую ассоциируют с термином «арифметико-логическое устройство».

Операционный блок и узел регистров сообщаются между собой с помощью , магистралей — отсюда и название «магистральное ОПУ».

Основным достоинством магистральных ОПУ является высокая универсальность и регулярность структуры, что облегчает их реализацию на кристаллах интегральных схем. Вообще говоря, магистральная структура ОПУ в современных ВМ является превалирующей.