Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
3. Особенности АЛУ с плавающей точкой.doc
Скачиваний:
6
Добавлен:
20.07.2019
Размер:
75.26 Кб
Скачать

Арифметико - логические устройства.  Классификация АЛУ.  Основные функции и характеристики АЛУ. Развитие структуры АЛУ.  

       Арифметико - логические устройства. 

       В общем случае многофункциональное АЛУ включает операционную часть (ОУ) и устройство управления (УУ), которое осуществляет вторичную дешифрацию кода команды и определяет выполняемую в АЛУ операцию.

.

Рисунок 4.2. Структура АЛУ

 

Набор выполняемых в АЛУ операций должен обладать функциональной полнотой. Чтобы обеспечить функциональную полноту достаточно четырех операций :

  • обращение к памяти для записи/чтения данных;

  • инкремент/декремент;

  • сравнение (реализует возможность условного перехода);

  • останов работы устройства.

В первых процессорах количество операций ограничивалось шестнадцатью, теперь достигает нескольких сотен.

Количество выполняемых операций является важной характеристикой АЛУ.

    Классификация АЛУ

    АЛУ можно классифицировать по ряду признаков, приведенных ниже.

 Классификация по способу представления данных:

  • с фиксированной запятой;

  • с плавающей запятой.

2. Классификация по способу действия над операндами:

·последовательные АЛУ, где каждая операция выполняется последовательно над каждым разрядом;

·параллельные АЛУ, операция выполняется над всеми разрядами данных одновременно;

·последовательно - параллельные АЛУ, где слово данных делится на слоги, обработка данных ведется параллельно над разрядами слога и последовательно над слогами.

3. Классификация по использованию систем счисления:

  • двоичная;

  • двоично- десятичная;

  • восьмеричная;

  • шестнадцатеричная;

  • и т.д.

4. Классификация по характеру использования элементов и узлов:

  • блочные- для выполнения отдельных арифметических операций в структуру АЛУ вводят специальные блоки, что позволяет  процесс обработки информации вести параллельно;

  • конвейерные- в конвейерных АЛУ операция разбивается на последовательность микроопераций, выполняемых за одинаковые промежутки времени (такты) на разных ступенях конвейера, что позволяет выполнять операцию над потоком операндов каждый такт;

  • многофункциональные- это универсальные АЛУ, выполняющие множество операций в одном устройстве. В таких АЛУ требуется настройка на выполнение данной операции при помощи кода операции.

5.Классификация по временным характеристикам.

По временным характеристикам АЛУ делятся на:

  • синхронные- в синхронных АЛУ каждая операция выполняется за один такт.

  • асинхронные- не тактируемые АЛУ, обеспечивающие высокое быстродействие, так как выполняются на комбинационных схемах.

6.Классификация по  структуре устройства управления:

  • АЛУ с жесткой логикой устройства управления;

  • АЛУ с микропрограммным управлением.

   Основные функции и характеристики АЛУ

   Основные функции АЛУ

Современные АЛУ выполняют:

  • функции двоичной арифметики для данных в формате с фиксированной точкой;

  • функции двоичной арифметики для данных в формате с плавающей  точкой;

  • функции арифметики двоично-десятичного представления данных;

  • логические операций (в том числе сдвиги арифметические и логические);

  • операции пересылки данных;

  • работу с символьными данными;

  • работу с графическими данными.

 

 Основные характеристики АЛУ

Основные характеристики АЛУ можно разделить на количественные и качественные.

Количественные характеристики

Количественные характеристики определяют скорость выполнения операций, время выполнения одной операции, точность представления данных, количество выполняемых операций.

Среднюю скорость выполнения операций Vср. в АЛУ можно определить как отношение N(T)- количества операций, выполненных за отрезок времени Т к  данному отрезку времени:

                                              Vср = N(T)/T

    Среднее время, которое АЛУ тратит на выполнение операции равно:                                           Tср = 1/Vср                              

  Точность представления данных в АЛУ зависит от разрядной сетки АЛУ и выбранного формата данных.

Качественные характеристики АЛУ:

К качественным характеристикам АЛУ относятся:

  • структурные особенности АЛУ;

  • форматы представления данных (с фиксированной или плавающей точкой);

  • способы кодирования данных.

5.4.3.Развитие структуры алу

АЛУ  первого поколения  строились по принципу  распределения микроопераций и их закрепления за отдельными элементами устройства, для выполнения операций в регистрах они дополнялись логическими схемами. В АЛУ  первого поколения использовался сумматор накапливающего типа. Сумматор накапливающего типа строится на триггерах и для выполнения операций в нем данные должны подаваться в виде импульсных сигналов последовательно, например, сначала подается первое слагаемое,затем второе, затем перенос из предыдущего (младшего) разряда. Понятно, что такой сумматор не может обеспечить высокое быстродействие АЛУ. На рисунке 4.4 показана структура АЛУ первого поколения.

 

Рис.4.4. структура АЛУ первого поколения

    АЛУ имеет сложное устройство управления, выполненное по жесткой схеме, т.е. такое устройство формирует все управляющие сигналы при помощи специальных комбинационных схем. Операции выполняются над числами, представленными в формате с фиксированной точкой.

    В АЛУ 2-го поколения используется сумматор комбинационного типа, обеспечивающий более  высокое быстродействие по сравнению с сумматором накапливающего типа, большее количество регистров, используется формат данных с плавающей точкой, для управления потоками данных введено большее количество мультиплексоров, введены буферные регистры для связи с оперативной памятью, но по прежнему много операций выполняется в регистрах.

    АЛУ 3-го поколения выполняются на БИС и СБИС, технология требует, чтобы структура АЛУ была более  однородной, внутренняя структура делится на крупные блоки. Арифметико-логические операции выполняются в отдельном логико- суммирующем модуле, соединение между блоками осуществляется с помощью внутреннего интерфейса, используется 2-х и 3-х шинная организация. При интегральной технологии шины занимают большой объём кристалла, но введение дополнительных связей повышает быстродействие АЛУ, возможно выполнение операции за 1 такт. Достоинства АЛУ 3-го поколения в компактности, высокой надёжности, однородности структуры.

В современных АЛУ широко используются принципы временного и пространственного параллелизма при выполнении операций.

 

     Развивается 2 направления:

  • использование блочных АЛУ (пространственный параллелизм);

  • использование конвейерных АЛУ (временной параллелизм).

Классификация алу

  • По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.

  • По способу представления чисел различают АЛУ:

    1. для чисел с фиксированной точкой;

    2. для чисел с плавающей точкой;

    3. для десятичных чисел.

  • По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции, но значительно возрастают затраты оборудования. 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.

  • По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие приём из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определённых микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.