Вопрос №51 Назначение и структура арифметико-логического устройства.

АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Операции АЛУ подразделяются на 3 категории:

1. Арифметические

2. Логические (процедуры, осуществляющие построение сложного высказывания)

3. Операции над битами.

АЛУ реализует сложение, вычитание, сдвиги, сравнение, логическое умножение. Более сложные операции: умножение, деление, выполняются с помощью подпрограмм.

Обращения к подпрограммам производится командами вызова, имеющими следующую структуру:

<call> <subroutine name>

Последней командой любой подпрограммы является команда возврата Return. Она обеспечивает возврат к основной программе.

Подпрограммы в свою очередь могут вызывать другие подпрограммы. Этот процесс называется «вложением» или «гнездованием» подпрограмм.

Устройство работает в соответствии с сообщаемыми ему кодами операции, которые при пересылке данных нужно выполнить над переменными в регистре.

АЛУ состоит из регистров, сумматора с соответствующими логическими схемами и элементов управления выполняемым процессом.

Сумматор – основная часть АЛУ. Осуществляет операции сложения и вычитания.

АЛУ функционально можно разделить на 2 части:

а) микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);

б) операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

В состав арифметико-логического устройства включаются регистры Рг1 — Рг7, которые служат для обработки информации, поступающей из оперативной памяти N1, N2, …NS и логические схемы, которые используются для обработки слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления. Различают два вида микрокоманд: внешние — такие микрокоманды, которые поступают в АЛУ от внешних источников и вызывают в нём преобразование информации (на рисунке 2 это микрокоманды А1,А2,…,Аn) и внутренние — те, которые генерируются в АЛУ и оказывают влияние на микропрограммное устройство, изменяя таким образом нормальный порядок следования команд. р1, p2,…, pm на рисунке 2 — это и есть микрокоманды. А результаты вычислений из АЛУ передаются в ОЗУ по кодовым шинам записи у1, у2, …, ys.

Функции регистров, входящих в арифметико-логическое устройство

• Рг1 — сумматор (или сумматоры) — главный регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений;

• Рг2,Рг3 — регистры операндов (слагаемого/сомножителя/делителя/делимого и др.) в зависимости от выполняемой операции;

• Рг4 — регистр адреса (или адресные регистры), предназначенные для запоминания (бывает что формирования) адреса операндов результата;

• Рг6 — k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;

• Рг7 — l вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть операционных регистров могут быть адресованы в команде для выполнения операций с их содержимым и их называют программно-доступными. К таким регистрам относятся: сумматор, индексные регистры и некоторые вспомогательные регистры. Остальные регистры нельзя адресовать в программе, то есть они являются программно-недоступными.

Операционные устройства можно классифицировать по виду обрабатываемой информации, по способу её обработки и по логической структуре.

Такая сложная логическая структура АЛУ может характеризоваться количеством отличающихся друг от друга микроопераций, которые необходимы для выполнения всего комплекса задач, поставленных перед арифметико-логическим устройством. На входе каждого регистра собраны соответствующие логические схемы, обеспечивающие такие связи между регистрами, что позволяет реализовать заданные микрооперации. Выполнение операций над словами сводится к выполнению определённых микроопераций, которые сводятся в свою очередь … управляют передачей слов в АЛУ и действиями по преобразованию слов. Порядок выполнения микрокоманд определяется алгоритмом выполнения операций. То есть, связи между регистрами АЛУ и их функциями зависят в основном от принятой методики выполнения логических операций, в том числе арифметических или специальной арифметики.

АЛУ может оперировать 4 типами информационных объектов:

• Булевскими(1 бит)

• Цифровыми(4 бита)

• Байтными(8 бит)

• Адресными(16 бит)

АЛУ может выполнять операции над 8 и 16 разрядными числами. Длина результата может доходить до 20 разрядов. В АЛУ выполняется 51 различная операция пересылки для преобразования этих данных.

Базовое число команд АЛУ – 111. Путём комбинирования «операция-режим адресации», число команд расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.