6. Теоретические основы проектирования устройств обработки информации

6.1. Микропрограммы выполнения арифметических операций

6.1.1. Структура арифметико-логического устройства (алу) эвм

Структура АЛУ состоит из двух основных частей: операционной (ОЧ) и управляющей (УО) (рис 5. 4 6.1).

Операционная часть состоит из сумматоров, устройств приема входных данных, обработки и выдачи результатов обработки. Отдельные компоненты устройств (сумматор, регистры, шифраторы, мультиплексоры) соединены между собой согласно схемам выполнения предусмотренных операций. Эти Соединения выполнены через вентили (логические схемы И). Это точки управления. При подаче сигналов на управляющие входы вентилей производится передача информации на определенные устройства и выполнение элементарных операций по ее обработке.

Элементарная операция, выполняемая под воздействием одного управляющего сигнала, называется микрооперацией. Примерами микроопераций могут служить следующие элементарные действия:

• сброс (очистка) регистра,

• занесение числа в регистр,

• сдвиг числа в регистре,

• подача числа на вход сумматора,

• передача результата с сумматора на регистр,

• инвертирование числа в регистре и т.д.

Один управляющий сигнал (у_i) может одновременно поступать в несколько точек управления. Это также одна микрооперация. Выполнение Реализация? многих арифметических и логических операций требует одновременного выполнения нескольких независимых элементарных действий. В этих случаях формируется несколько управляющих сигналов. Совокупность управляющих сигналов, формируемых одновременно, составляет микрокоманду (МК).

МК = Y = y₁, y₂,… y_i,… y_n.

Для выполнения большинства арифметических операций необходима подача в ОЧ серии микрокоманд, распределенных по времени. Последовательность микрокоманд, определяющих выполнение одной арифметической или логической операции, составляет микропрограмму (МП) выполнения соответствующей операции.

Микрооперации передаются в операционную часть из управляющей части.

Управляющая часть служит для формирования МК. МК формируются в УЧ и передаются в ОЧ.

В общем случае, микропрограмма может иметь последовательные участки МК и ветвления. Обработка ветвлений (выбор последующей МК) зависит от значений контрольных разрядов (точек) в регистрах операционной части. Примерами таких контрольных точек могут служить знаковые разряды или сигналы переносов регистров операндов (см. схемы выполнения основных операций, раздел 5.4).

Сигналы с контрольных точек являются оповещающими сигналами (рис. 6.1):

P = p₁, p₂, …, p_j, … p_s.

Оповещающие сигналы из ОЧ поступают в УЧ для обработки ветвлений в микропрограммах при формировании микрокоманд (рис. 6.1).

АЛУ проектируется на выполнение определенной совокупности арифметических и логических операций. Если количество операций, реализуемых АЛУ, больше одной, то УЧ содержит входы кода операции: (₁, … _k, …_m). Код операции настраивает УЧ на выполнение определенной операции.

Сигналом начала выполнения операции в АЛУ служит стартовый сигнал Z (рис.6.1). По стартовому сигналу выполняется одна операция.

Как правило, временные этапы выполнения микрокоманд синхронизируются временными сигналами Си. Устройства обработки данных с синхронизацией выполнения отдельных этапов обработки называются синхронными.