Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство {АЛУ) предназначено для выполнения ариф­метических и логических операций преобразования информации. Функциональ­но АЛУ (рис. 16) состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управле­ния (местного устройства управления).

Рис. 16

Сумматор — вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения посту­пающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного машин­ного слова.

Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины: Регистр 1 (Рг1) имеет разрядность двойного слова, а Регистр 2 (Рг2) — разрядность слова. При выполнении операций в Рг1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции — результат; в Рг2 — второе число, участвующее в опе­рации (по завершении операции информация в нем не изменяется), Регистр 1 мо­жет и принимать информацию с кодовых шин данных, и выдавать информацию на них; регистр 2 только получает информацию с этих шин.

Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкции управляющие сиг­налы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления рабо­той регистров и сумматора АЛУ.

АЛУ выполняет арифметические операции «+», «-», « × » и «:» только над двоич­ной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами. Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числами осуществляется с привлечением математического сопроцессора или по специально составленным программам. ,;

Микропроцессорная память

Микропроцессорная память (МПП) базового МП 8088 включает в себя четырна­дцать 2-баЙтовых запоминающих регистров. У МП 80286 и выше имеются дополни­тельные регистры, например у МП типа VLIW есть 256 регистров, из которых 128 - регистры общего назначения. У МП 80386 и выше некоторые регистры, и том числе и регистры общего назначения, — 4-байтовые (у МП Pentium есть и 8-байтовые реги­стры). Но в качестве базовой модели, в частности для языка программирования ас­семблер и отладчика программ DEBUG, используется 14-регистровая система МНТП

Все регистры можно разделить на четыре группы: . I

1. универсальные регистры: АХ, DX, CX, DX; 2. сегментные регистры: CS, DS, SS, ES;

3. регистры смещения: IP, SP, BP, SI, DI;

4. регистр флагов: FL.

Лекция № 7 Запоминающие устройства пк

Персональные компьютеры имеют четыре иерархических уровня памяти:

- микропроцессорная память (МПП); - регистровая кэш-память;

- основная память (ОП);

- внешняя память (ВЗУ).

Две важнейших характеристики (емкость памяти и ее быстродействие) указан­ных типов памяти приведены в табл. 4.

Таблица 4

Сравнительные характеристики запоминающих устройств

Быстродействие первых трех типов запоминающих устройств измеряется временем обращения к ним, а быстродействие внешних ЗУ двумя параметрами: временем доступа и скоростью считывания.

Статическая и динамическая оперативная память

Оперативная память может строиться на микросхемах динамического (Dynamic Random Access Memory — DRAM) или статического (Static Random Access Memory — SRAM) типа.

Статический тип памяти обладает существенно более высоким быстродействием, но значительно дороже динамического. В статической памяти элементы (ячейки) построены на различных вариантах триггеров — схем с двумя устойчивыми со­стояниями. После записи бита в такую ячейку она может пребывать в этом состо­янии сколь угодно долго — необходимо только наличие питания. При обращении к микросхеме статической памяти на нее подается полный адрес, который при по­мощи внутреннего дешифратора преобразуется в сигналы выборки конкретных ячеек. Ячейки статической памяти имеют малое время срабатывания (единицы наносекунд), однако микросхемы на их основе имеют низкую удельную емкость (единицы мегабит на корпус) и высокое энергопотребление. Поэтому статическая память используется в основном в качестве микропроцессорной и буферной (кэш­память).

В динамической памяти ячейки построены на основе полупроводниковых облас­тей с накоплением зарядов (своеобразных конденсаторов), занимающих гораздо меньшую площадь, нежели триггеры, и практически не потребляющих энергии при хранении. Конденсаторы расположены на пересечении вертикальных и горизон­тальных шин матрицы; запись и считывание информации осуществляется подачей электрических импульсов по тем шинам матрицы, которые соединены с элемента­ми, принадлежащими выбранной ячейке памяти. При обращении к микросхеме на ее входы вначале подается адрес строки матрицы, сопровождаемый сигналом RAS JRow Address Strobe — строб адреса строки), затем, через некоторое время — адрес столбца, сопровождаемый сигналом CAS (Column Address Strobe — строб адреса столбца). Поскольку конденсаторы постепенно разряжаются (заряд сохраняется в ячейке в течение нескольких миллисекунд), во избежание потери хранимой ин­формации заряд в них необходимо постоянно регенерировать, отсюда и название памяти — динамическая. На подзаряд тратится и энергия и время, и это снижает производительность системы.

Ячейки динамической памяти по сравнению со статической имеют большее время срабатывания (десятки наносекунд), но большую удельную плотность (порядка десятков мегабит на корпус) и меньшее энергопотребление. Динамическая память пользуется для построения оперативных запоминающих устройств основной памяти ПК.