Арифметико-логическое устройство
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – это устройств, выполняющее арифметические и логические операции над данными. АЛУ состоит из сумматора и регистров. По способу действия АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ действия над операндами производятся последовательно, разряд за разрядом, начиная с младшего.
В параллельных АЛУ все разряды операндов обрабатываются параллельно. На рис.2.1.2 приведена схема параллельного АЛУ.
По виду обрабатываемых чисел АЛУ могут производить операции над двоичными числами с фиксированной или плавающей запятой и над двоично-десятичными числами.
По организации действий над операндами АЛУ могут быть блочными и многофункциональными. В блочных АЛУ отдельные блоки предназначены отдельно для чисел с фиксированной запятой, отдельно – для чисел с плавающей запятой. В многофункциональных АЛУ эти операции производят одни и те же блоки.
Рис.2.1.2. Арифметико-логическое устройство
АЛУ использует содержимое аккумулятора и регистра данных в качестве операндов для получения результата, который помещается в аккумулятор. С помощью АЛУ, приведенного на схеме, можно производить все арифметические операции, логические операции, вспомогательные арифметические операции (например, увеличение на 1 содержимого счетчика команд).
Кратко рассмотрим схемную реализацию отдельных микроопераций, выполняемых АЛУ, аккумулятором и регистром переноса (С) по управляющим сигналам У7 – У17 и У22, поступающим на вентильные схемы В7 – В17 и В22 (сами управляющие сигналы не показаны). Вентильные схемы – это электронные ключевые схемы, предназначенные для управления потоком информации. Вентильная схема имеет два входа и один выход. На один вход подаются данные (информационный сигнал) на другой – управляющий сигнал. Если управляющий сигнал равен 1, то данные проходят на выход схемы, если управляющий сигнал равен 0, то данные на проходят через схему (т.е. это по – существу схема И).
С помощью сумматора и схем обратного кода можно выполнить несколько различных микроопераций при различных сочетаниях управляющих сигналов.
Суммирование содержимого двух регистров, один из которых подключен к левому входу, другой – к правому. Для этого подается управляющий сигнал 1 на В1 (В1 – открывает регистр данных) и такой же сигнал на В4 (В4 – открывает аккумулятор). Это команда АDD (управляющие сигналы В1 и В4).
Вычитание. При вычитании содержимого регистра данных из содержимого аккумулятора (команда SUB) одновременно подаются управляющие единицы на В1, В4, В8, иВ10. Тогда к уменьшаемому прибавится обратный код вычитаемого и к этой сумме добавится 1(вычитание в дополнительном коде).
Добавление 1 к содержимому какого – либо регистра. Эта микрооперация нужна для наращивания содержимого счетчика команд, выполнения операции INC (прибавление 1). Для ее реализации необходимо подать управляющий сигнал на В10 и вентильную схему, устанавливающую связь между сумматором и соответствующим регистром. При этом другой вход сумматора будет соединен с шиной, все вентильные схемы которой закрыт, что эквивалентно пересылке по шине кода числа 0.
Инвертирование содержимого какого – либо регистра. Например, команда CMA (инверсия аккумулятора). Надо подать управляющую 1 на В4 и В7.
Очистка какого – либо регистра. Например, команда CLA (очистка аккумулятора). Для этого необходимо выполнить две микрооперации: заслать 0 в буферный регистр (в данном такте закрыты все вентили от В1 до В10) и переслать содержимое буферного регистра в аккумулятор (подать управляющие 1 на В22).
Циклический сдвиг на один размер вправо или в лево. Он производится путем подачи управляющих 1 на В11 или В12 (соответственно), а затем на В13 и В22.
Конкретный перечень операций, производимых АЛУ может быть различен для различных процессоров, однако все АЛУ выполняют арифметическое сложение и вычитание, логическое умножение и сложение, инверсию, сдвиг вправо, влево, положительное и отрицательное приращение.
Эти операции элементарны и выполняются аппаратно с помощью комбинационных узлов. Умножение и деление выполняются часто программно путем комбинаций элементарных операций (микропрограммным способом).