Выполнение операции в алу
АЛУ– одна из основных функциональных частей процессора, осуществляющая непосредственное преобразование информации. Все операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы:
операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;
операции двоичной (шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;
операции десятичной арифметики над числами, представленными в двоично-десятичном коде;
операции адресной арифметики (при модификации адресов команд);
операции специальной арифметики (нормализация, сдвиг);
логические операции;
операции над алфавитно-цифровыми полями.
Для выполнения перечисленных операций в АЛУ включают следующие функциональные узлы:
сумматор (для выполнения суммирования и других действий над кодами операндов);
регистры (для хранения кодов операндов на время выполнения действия над ними);
сдвигатели (для сдвига кода на один или несколько разрядов вправо или влево, логически-без учёта знака, арифметически-с учётом знака, циклически-по кругу);
преобразователи кода (для преобразования прямого кода числа в обратный или дополнительный);
комбинационные схемы (для реализации логических операций, мультиплексирования данных, управляемой передачи информации, формирования признаков результата-флагов).
Обобщенная структурная схема АЛУ (рис. 7) включает:
блок регистров для приема и размещения операндов и результатов (связан с РОН центрального процессора и кэш-памятью данных);
операционный блок (ОБ), в котором осуществляется преобразование операндов в соответствии с реализуемыми алгоритмами;
схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный контроль и диагностирование ошибок;
блок управления (БУ), в котором после приема кода операции (КОП) из центрального устройства управления формируются управляющие сигналы (УС), координирующие взаимодействие всех узлов АЛУ между собой и с други ми блоками процессора.
Рис. 7. Обобщенная структурная схема АЛУ.
Иногда АЛУ не содержит своего БР, в этом случае ОБ непосредственно работает с регистрами общего назначения процессора. Для оперативного управления выполнением операции в ОБ на разных этапах анализируется преобразуемая информация и формируются сигналы признаков (флаги), которые используются в БУ для выработки и посылки в процессор сигнала признака результата (ПРез).
По структурной организацииАЛУ подразделяются на устройства, имеющие:
регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной логикой;
магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой.
В АЛУ с регистровой структуройза каждым из регистров закреплена своя логическая схема, используемая для выполнения микрооперации, например, как показано на рис. 8).
С регистром Рг1непосредственно связан преобразователь кодаПК1. С регистромРг3объединенКСМпо схеме накапливания сумматора, а сКСМ, в свою очередь, связаныПК2и комбинационная схемаКСдля мультиплексирования входных данных. На регистреРг3выполняются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. РегистрРг4выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан сПК3. Таким образом, в АЛУ с такой структурой функции хранения и преобразования информации выполняются одним и тем же операционным блоком.Возможны и другие примеры организации такого типа АЛУ.
Рис. 8. Регистровая структура с закрепленной логикой
В АЛУ с магистральной структуройрегистры выделены в отдельный блок, а схемы для преобразования информации выделены также в отдельный операционный блок (ОБ), который связан с блоками регистров по входам и выходам (см. рис. 9).
Рис.
9. Магистральная структура АЛУ
а) с последовательным б) с параллельным соединением операционных узлов
Блок регистров (БР) осуществляет функции приема, хранения и выдачи операндов и результатов, а ОБ выполняет весь набор микроопераций над словами, хранимыми в блоке регистров. В АЛУ с такой структурой блок регистров может быть реализован или как СОЗУ, или как совокупность отдельных регистров с индивидуальными схемами управления. СтруктуражеОБимеет следующие модификации:
последовательное соединение операционных узлов;
параллельное соединение операционных узлов.
Пример АЛУ с магистральной структурой и последовательным соединением узлов ОБ показан на рис.9, а). В этом АЛУ преобразователь кода ПК, комбинационный сумматорКСМи сдвигательСДВсоединены последовательно, причемПКиКСМпо входам связаны с выходными шинами блока регистров, а выходСДВ– с входной шиной блока регистров. Такая организация операционного блока дает возможность выполнять с высокой скоростью последовательности микроопераций, обеспечивающие выполнение одного слова. В случае же параллельного соединения операционных блоков АЛУ все операционные блоки:СМ,СДВ,КС,ПКпараллельно соединяются с входными и выходными шинами блока регистров, что позволяет выполнять несколько микроопераций параллельно (см. рис.9, б).