1 Виды запоминающих устройств эвм.

2 Виды сверхзапоминащих устройств ЭВМ.

3 Типы адресации

4 Масочные ЗУ.

5 Ассоциативные ЗУ.

ЛЕКЦИЯ № 6

АЛУ

Цель. Изучить работу и принципы построения арифметио-логических устройств.

Задачи:

1. Изучить основные характеристик и типы операций, выполняемые в АЛУ

2. Изучить виды АЛУ.

3. Изучить способы умножения чисел в АЛУ.

АЛУ характеризуются следующими параметрами:

• Разрядность – количество информации которое может одновременно обрабатываться в АЛУ. Разрядность АЛУ равна разрядности процессора либо кратна ей.

• Набор операций:

- Операции двоичной арифметики над числами с ф.з.

- Операции двоичной арифметики над числами с п.з.

- Операции индексной арифметики. Выполняются для формирования адресов команд.

- Операции текстовой обработки информации.

- Логические операции.

• Последовательность обработки данных:

- АЛУ с последовательной обработкой данных.

- Аллу с параллельной обработкой дынных.

• По наличию элементов памяти:

- Комбинационные

- Накапливающие

Функциональная схема комбинационного АЛУ магистрального типа

В данном АЛУ можно четко выделить три основные точки. Две точки подключения к шине данных и одна точка подключения к выходной шине.

РезШУ – результат шины Y

Оп 1, оп 2 – операнд 1, операнд 2

АЛУ содержит:

ПС – преобразователь сигнала (преобразует прямой код в обратный)

Д– дизъюнктор

К – конъюнктур

М2 – схема сложения по модулю два

Для реализации операции вычитания в СМ (сумматоре) оп1 принимает инверсное значение, сам СМ служит для сложения или вычитания оп1 и оп2

СФР – схема формирования результата

На основании входных сигналов схема формирует результат обработки оп1 и ип2, и выдает результат Мишина вывода.

СФПР – схема формирования признака результата. Формирует банарный код по которому можно судить о признаке результата обработки данных (четыре признака: >0, <0, =0, переполнение разрядной сетки).

Недостаток данного АЛУ: поскольку данная схема не содержит элементов памяти, в нем не производятся длинные операции (*, и /)

АЛУ накапливающего типа

Рассмотрим структурную схему оп1 и оп2 подаются последовательно и запоминаются в аккумуляторе (АК), затем данные операнды поступают в блок логических операций (БЛОП), где производится сложение и вычитание данных операндов. Затем результат поступает в буферный регистр (БР) либо обратно в АК. После обработки информации результат поступает на выходную шину.

В данных АЛУ могут выполняться операции * и /, т.к. буферный регистр является ячейкой памяти. АК в данной схеме служит для хранения сомножителя или делителя.

Функциональная схема АЛУ для сложения чисел с ф.з.

z₀ – знаковый разряд. Если z₀=0, то результат положительный, если z₀=1, результат отрицательный.

р₀ – знак переноса. Наличие переноса из знакового разряда.

z₀…z_n-1 – значение знаковых разрядов.

Под влиянием ОС1 происходит запись 1-го операнда в РгА (регистр А).

Под действием ОС2 происходит запись 2-го операнда в Рг1 (буферный регистр 1). В этом случае если осуществляется операция сложения, то вырабатывается УС3 и операнд 2 поступает в РгВ (регистр В) в прямом коде, т.е. является слагаемым. Если реализуется операция вычитания, то операнд 2 поступает в РгВ в обратном коде под действием УС4.

После сложения или вычитания двух операндов в СМ (сумматоре) под действием УС5 СФПР вырабатывает сигналы α₀ или α₁:

Если α₀=0, α₁=0 – результат равен 0-ю.

Если α₀=0, α₁=1 – результат отрицательный.

Если α₀=1, α₁=0 – результат положительный.

Если α₀=1, α₁=1 – переполнение разрядной сетки, и в этом случае по действием сигнала УС6 происходит запись результата в РгΣ (регистр суммы). Далее под действием УС7 разрешается передача сигнала на выходную шину.

Формула для определения признака положительного числа в СФПР:

- переполнение

(или равно 0-ю)

АЛУ для сложения или вычитания чисел с ф.з.

Х – либо первое слагаемое либо уменьшаемое

Y – либо второе слагаемое либо вычитаемое

УС1 позволяет записать в РгХ (регистр Х) либо первое слагаемое либо уменьшаемое

УС2 позволяет записать в РгY (регистр Y) либо второе слагаемое либо вычитаемое

УС3 передает сигнал из РгY в БРгY (буферный регистр) в обратном коде (в случае если выполняется операция сложения)

УС4 позволяет передать сигнал из РгY в БРгY в обратном коде (если выполняется операция вычитания)

УС5 позволяет передать признак результата в РгΣ (регистр сумматора)

УС6 передает сигнал из РгΣ в ШД (выходную шину данных)

При выполнении операции вычитания уменьшаемое представляется в прямом коде, вычитаемое в обратном.

При представлении вычитаемого в дополнительном коде, в СМ (сумматоре) к его младшему разряду прибавляется 1-ца.

СФПР реализует следующие переключательные функции:

• - есть перенос из знакового разряда и нет переноса из старшего цифрового разряда, т.е. происходит переполнение разрядной сетки сумматора.

• - знаковый разряд равен 0-ю, и нет переноса из старшего цифрового разряда, на выходе положительное число.

• - знаковый разряд равен 1-це, нет переполнения разрядной сетки, на выходе отрицательное число.

• - на выходную шину выводится 00, что означает что результат рвен0-ю.

При реализации операции умножения происходит многократное сложение множимого с семой частичных произведений.

АЛУ для умножения чисел с ф.з.

Операция умножения представляет собой совокупность операций последовательного сложения.

Начало каждой операции характеризуется анализом очередной цифры множителя, если эта цифра равна 1-це, то происходит сложение РгΣЧП (регистра суммы частичных произведений) с содержимым РгМт (регистра множителя), ели данная цифра равна 0-ю, то сложение не происходит.

Каждый цикл заканчивается либо сдвигом суммы частичных произведений относительно множимого, либо сдвигом множимого относительно неподвижной суммы частичных произведений.

Существует четыре основных способа умножения чисел с ф.з.:

• 1-й способ: Умножение начинается с младших разрядов множителя, и сдвиге суммы частичных произведений вправо, при этом регистр множимого является неподвижным.

РгМт – регистр множителя;

РгΣЧП – регистр частичных произведений;

РгМн – регистр множимого.

Отличительной особенностью данного способа является одинаковый размер всех регистров.

• 2-й способ: Умножение начинается с младших разрядов множителя, при неподвижной сумме частичных произведений, и сдвиге регистра множимого влево.

РгΣЧП и РгМн имеют двойную длину относительно РгМт. В свою очередь РгМт содержит цепи сдвига вправо, а РгМн содержит цепи сдвига влево.

В заштрихованном секторе РгМн располагается множимое

• 3-й способ: Умножение начинается со старшего разряда множителя при неподвижном множимом, и сдвиге суммы частичных произведений влево.

Вданном случае РгΣЧП имеет двойную длину по отношению к РгМт, а также РгΣЧП и РгМн имеют цепи сдвига влево.

Каждый цикл заканчивается сдвигом суммы частичных произведений влево, при этом РгМн остается неизменным.

• 4-й способ: Умножение начинается со старших разрядов множителя при неподвижной суммы частичных произведений и сдвигом множимого вправо. РгМн и РгΣЧП имеют двойную длину относительно РгМт, при этом РгМт содержит цепи сдвига влево, а РгМн вправо.

Четвертый метод является самым сложным, но может применяться без изменения регистровой схемы АЛУ для деления чисел с ф.з.

Функциональная схема АЛУ для умножения чисел с ф.з. по методу 1

Уп – младший разряд регистра, который поступает на УУ

БМУ – блок местного управления

Под действием УС1 и УС2 происходит запись с выходной шины в РгХ (регистр Х) и РгY (регистр Y).

СМ (сумматор) служит для сложения множимого с суммой частичных произведений.

РгСМ (регистр семматора) соединен цепью сумматора. Производит сдвиг множителя вправо и служит для хранения старших разрядов суммы частичных произведений.

БРгСМ – буферный регистр сумматора. Служит для хранения старших разрядов сумма частичных произведений без знакового (0-го) разряда.

БРгY – буферный регистр Y служит для хранения множителя с учетом его очередного сдвига.

Сч – счетчик. Двоичный счетчик который вырабатывает тактовый импульс и служит для подсчета тактов умножения.

Входными сигналами в БМУ являются: Уп – значение младшего разряда множителя, Q – выходной сигнал двоичного счетчика, у₀ – значение знакового разряда множителя, х₀ – значение младшего разряда множимого.

Определение знака произведения в БМУ осуществляется схемой сложения по модулю два.

Результат равен 1-це, если знаковые разряды сомножителей не равны между собой (отрицательный результат). Результат равен 0-ю, если знаковые разряды равны между собой (положительный результат).

Данный результат под действием УС12 заносится в нулевой разряд РгСЧП по окончании цикла умножений.

УС1 осуществляет запись множимого в РгХ

УС2 осуществляет запись множителя в РгY

УС3 – в том случае если очередная цифра множимого равна 1-це, то данный сигнал обрабатывается, и под действием УС4 осуществляется сложение множимого с суммой частичных произведений, которая содержится в РгСМ. Если цифра равна 0-ю, то происходит сдвиг содержимого БРгСМ на один разряд вправо.

УС5 осуществляет сдвиг результата сложения и передачу его результата в РгСМ.

УС6 производит запись младших разрядов РгΣЧП в БРгСМ.

УС7 осуществляет прямую запись старших разрядов суммы частичных произведений в БРгСМ.

УС8 осуществляет передачу множителя в БРгY со сдвигом на один разряд вправо.

УС9 – множитель сдвинутый на один разряд вправо, под действием УС9 записывается в РгY

УС10 осуществляет сброс старших разрядов произведения в оперативную память.

УС11 – сброс младших разрядов произведения в оперативную память.

Вопросы для самоконтроля.

1. Виды АЛУ и операции, выполняемые в АЛУ

2. Способы умножения чисел в АЛУ.

3. Функциональная схема АЛУ магистрального типа.

4. Функциональная схема АЛУ для сложения чисел.

5. Функциональная схема АЛУ для умножения чисел

6. Функциональная схема АЛУ для вычитания чисел.

38