Тема 3.3. Алу микропроцессора

АЛУ обязательно входит в состав микропроцессора. Выполняемые в АЛУ операции делятся на следующие группы:

операции двоичной арифметики над числами с фиксированной и плавающей запятой,
операции десятичной арифметики,
специальные арифметические операции:

нормализация,
арифметический сдвиг (сдвиг только цифровых разрядов, знаковый разряд не сдвигается),
логический сдвиг (сдвиг знака вместе с цифровыми разрядами),

логические операции.

Характеристики АЛУ:

разрядность,
состав операций,
форматы обрабатываемых данных,
способ построения и функционирования,
быстродействие,
Надежность.

Классификация АЛУ:

По способу обработки операндов:

последовательные,
параллельные,

По способу организации:

синхронные,
асинхронные,

По характеру использования элементов и узлов:

блочные,
многофункциональные.

БМУ – блок местного управления

Рисунок - Обобщенная структурная схема АЛУ

Блок регистров предназначен для приема и размещения операндов и результатов. Арифметико-логический блок выполняет операции преобразования операндов. Схема контроля используется для контроля и диагностики ошибок. БМУ формирует управляющие сигналы, координирующие взаимодействие всех блоков АЛУ между собой.

Алгоритм операций АЛУ включает определенную последовательность элементарных действий (микроопераций). Основные микрооперации АЛУ:

прием кода операнда,
преобразование кода операции,
суммирование кодов операндов,
сдвиг кода операнда,
выдача кода результата.

Для выполнения перечисленных действий АЛУ должно содержать следующие функциональные узлы:

регистры для хранения кодов операндов на время выполнения действий над ними,
сдвигатели для выполнения сдвигов вправо/ влево на требуемое число разрядов,
преобразователи для преобразования прямого кода числа в обратный и дополнительный,
сумматор.

В блочных АЛУ все операции по преобразованию информации выполняются отдельными блоками. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. Например, действия сдвига и преобразования кода могут выполняться не только специализированными устройствами, но и с помощью дополнительных связей регистров и сумматоров.

Тема 3.4. Устройство управления. Принцип микропрограммного управления

Система команд микропроцессора.
Командный цикл микропроцессора.
Модель УУ микропроцессора.
Упрощенная функциональная схема УМУ.
Алгоритм функционирования микропроцессора в течение рабочего цикла выполнения команды.

Система команд микропроцессора.

Функциональное описание цифровых ЭВМ основано на иерархии машинных операций от нулевого уровня (микроопераций) до операций высокого порядка (процедур и задач).

ПРОГРАММА

команда

МИКРОПРОГРАММА

МИКРОКОМАНДА

МИКРООПЕРАЦИЯ

Устройство управления микроЭВМ реализует функции управления ходом вычислительного процесса, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Программа представляет собой последовательность команд, выполнение которых приводит к решению задачи. Команда определяет операцию, которую выполняет микропроцессор над данными. Различают следующие группы команд:

команды передачи данных,
команды ввода/ вывода,
команды обработки информации (арифметические, логические, сдвиг, сравнение),
команды управления порядком выполнения программы (переход, вызов подпрограмм, прерывания),
команды задания режимов работы микропроцессора.

Длина формата команды определяет скорость выполнения команды и зависит от способа адресации операндов. Способ адресации – это способ формирования адреса операнда по адресному коду команды. Существуют следующие способы адресации:

непосредственная – в адресном поле команды содержится непосредственно сам операнд

КОП	Непосредственный операнд

Когда операндом является число, оно обычно представляется в дополнительном коде. Этот способ адресации может применяться при выполнении арифметических операций, операций сравнения, а также для загрузки констант в регистры.