14. Алу мп. Назначение, функции, основные технические характеристики.

АЛУ обязательно входит в состав микропроцессора. Выполняемые в АЛУ операции делятся на следующие группы:

1. операции двоичной арифметики над числами с фиксированной и плавающей запятой,

2. операции десятичной арифметики,

3. специальные арифметические операции:

   • нормализация,

   • арифметический сдвиг (сдвиг только цифровых разрядов, знаковый разряд не сдвигается),

   • логический сдвиг (сдвиг знака вместе с цифровыми разрядами),

4. логические операции.

Характеристики АЛУ:

1. разрядность,

2. состав операций,

3. форматы обрабатываемых данных,

4. способ построения и функционирования,

5. быстродействие,

6. надежность.

Классификация АЛУ:

1. По способу обработки операндов:

1. последовательные,

2. параллельные,

2. По способу организации:

1. синхронные,

2. асинхронные,

3. По характеру использования элементов и узлов:

1. блочные,

2. многофункциональные.

БМУ – блок местного управления

Рисунок - Обобщенная структурная схема АЛУ

Блок регистров предназначен для приема и размещения операндов и результатов. Арифметико-логический блок выполняет операции преобразования операндов. Схема контроля используется для контроля и диагностики ошибок. БМУ формирует управляющие сигналы, координирующие взаимодействие всех блоков АЛУ между собой.

Алгоритм операций АЛУ включает определенную последовательность элементарных действий (микроопераций). Основные микрооперации АЛУ:

1. прием кода операнда,

2. преобразование кода операции,

3. суммирование кодов операндов,

4. сдвиг кода операнда,

5. выдача кода результата.

Для выполнения перечисленных действий АЛУ должно содержать следующие функциональные узлы:

• регистры для хранения кодов операндов на время выполнения действий над ними,

• сдвигатели для выполнения сдвигов вправо/ влево на требуемое число разрядов,

• преобразователи для преобразования прямого кода числа в обратный и дополнительный,

• сумматор.

В блочных АЛУ все операции по преобразованию информации выполняются отдельными блоками. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. Например, действия сдвига и преобразования кода могут выполняться не только специализированными устройствами, но и с помощью дополнительных связей регистров и сумматоров.

14. Устройство управления мп. Понятия микропрограмм, микрокоманд и микроопераций.

Устройство управления микроЭВМ реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Программа представляет собой последовательность команд, выполнение которых приводит к решению задачи. Команда определяет операцию, которую выполняет микропроцессор над данными.

В ходе дешифрации команда разбивается на последовательность элементарных действий. Любое элементарное действие производится при поступлении соответствующего сигнала управления от устройства микропрограммного управления. Частота формирования сигналов управления определяется импульсами от ГТИ (генератора тактовых импульсов).

Элементарные пересылки или преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями (примеры микроопераций: установка регистра в ноль, запись слова в регистр, сдвиг слова в регистре). Микрооперация – это преобразование информации в каком-либо функциональном узле. Для выполнения микроопераций обычно выделяется один управляющий сигнал. Конкретный состав микроопераций и последовательность их выполнения определяются системой команд микропроцессора.

Совокупность сигналов управления в текущем такте работы микроЭВМ, вызывающих одновременно выполняемые микрооперации, образует микрокоманду. Микрокоманда, как действие, состоит из микроопераций.

Последовательность микрокоманд, определяющую содержание и порядок реализации машинного цикла, называют микропрограммой. Хранение микропрограмм в оперативной памяти нерационально, так как приводит к снижению быстродействия микроЭВМ. Чаще всего для хранения микропрограмм используются управляющие ПЗУ.

Процесс выполнения программы в микроЭВМ представляет собой последовательность командных циклов. Каждая команда в микропроцессоре выполняется на протяжении командного цикла. Командный цикл состоит из: цикла выборки команды и цикла выполнения команды. Продолжительность цикла выборки команды зависит от формата команды (количества байтов в машинном коде команды). Продолжительность цикла выполнения команды зависит от способа адресации операндов.

Модель УУ

Для выполнения своих функций УУ должно иметь входы, позволяющие определить состояние управляемой системы, и выходы, через которые осуществляется управление поведением системы.

Входной информацией для устройства управления служат:

• тактовые импульсы – с каждым тактовым импульсом УУ инициирует выполнение одной или нескольких микроопераций;

• КОП – код операции текущей команды поступает из регистра команды и используется, чтобы определить, какие микрооперации должны выполняться в течение машинного цикла;

• флаги – требуются устройству управления для оценки состояния микропроцессора и результата предшествующей операции, что необходимо для выполнения команд условного перехода;

• сигналы из системной шины – часть сигналов системной шины, обеспечивающая передачу в УУ запросов прерывания, подтверждений и т.п.

В свою очередь УУ формирует следующую выходную информацию:

• внутренние сигналы управления – эти сигналы воздействуют на внутренние схемы микропроцессора и относятся к одному из двух типов:

  1. сигналы управления перемещением данных между регистрами микропроцессора,

  2. сигналы, определяющие функции операционного устройства микропроцессора;

• сигналы в системную шину – управляющие сигналы в память и управляющие сигналы в модули ввода/ вывода.