2 Разработка арифметико-логического устройства

2.1 Общая структура АЛУ

В данном проекте реализуется АЛУ, использующая операционный автомат с обобществленными микрооперациями. АЛУ должно выполнять операции IMUL(Б) и NOT.

Общая структура АЛУ представлена на рисунке 2.1.

АЛУ

Рисунок 2.1 – Общая структура АЛУ

АЛУ имеет три регистра – регистр результата (РР),регистр операнда1 (Р1) и регистр операнда2 (Р2). При подачи в ОА АЛУ кода операции (КОП) и управляющего сигнала «пуск» начинается выполнение соответствующей операции над регистрами РР, Р1 и Р2. После завершения работы АЛУ выдается сигнал «АЛУ» и сигналы установки флагов.

2.2 Схема АЛУ на основе ОМО

В качестве общей структурной схемы АЛУ, разработанной на основе обобщённых микроопераций, можно предложить структуру, изображенную на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема АЛУ на основе ОМО

Состав АЛУ:

КЧ – комбинационная часть, выполняющая набор микроопераций по сигналам Yi, и формирующая осведомительные сигналы Xs;

ЗЧ – запоминающая часть, хранящая операнды и выдающая их на шины X и Y по сигналам Y^X _i и Y^Y _i;

A(16) – входная шина АЛУ (16-и разрядная);

Z(32) – выходная шина АЛУ (32-х разрядная);

Y_Z – сигнал выдачи результата;

AZ – внутренняя шина, принимающая слова со входной и выходной шины по сигналам Y_m^A и Y_e^Z;

2.3 Структура комбинационной части АЛУ

С хема комбинационной части АЛУ изображена на рисунке 2.3.

Состав КЧ АЛУ:

Z – регистр временного хранения результата;

СДВ – сдвигатель;

R, L – регистры для хранения спадающих разрядов;

КСМ – комбинационный сумматор;

ФК – формирователь кода;

Y_j^K и Y_i - сигналы формирования констант;

Y_i^* - управляющие сигналы выполнения микроопераций в ОЭ;

X₀ - осведомительные сигналы.

2.4 Структура запоминающей части АЛУ

З апоминающая часть АЛУ, разрабатываемого в данном проекте, построена на регистрах с двумя шинами. Структура ЗП АЛУ представлена на рисунке 2.4.

Состав ЗЧ АЛУ:

Р1, Р2 – регистры хранения операнда1 и операнда2;

РР – регистр хранения результата;

РгСчт – регистр счётчика тактов;

Y_Р1, Y_Р2, Y_PP, Y_РгСчт - сигналы чтения данных с внутренней шины и записи их в регистры Р1, Р2, РР, РгСчт;

A – входная шина АЛУ;

Z – шина передачи содержимого регистра временного хранения результата КЧ;

AZ – внутренняя шина АЛУ, принимающая данные с шины А или Z по сигналам Y_m^A, Y_e^Z;

Y_P1^Y , Y_P1^X , Y_P2^Y , Y_P2^X , Y_PP^Y , Y_PP^X, Y_РгСчт^X, Y_РгСчт^Y – сигналы передачи данных из регистров Р1, Р2, РР, РгСчт на шины X и Y.

2.5 Набор микроопераций и осведомительных сигналов АЛУ

Приведённые выше схемы КЧ и ЗЧ АЛУ разработаны на основе обобщённых микроопераций. При их разработке выдерживался принцип наибольшей универсализации схем для обеспечения перспективы добавления новых микрокоманд без изменения структурных схем АЛУ. Поэтому данные схемы теоретически способны обрабатывать весь набор микроопераций, которые могут быть реализованы на описанных выше операционных элементах. Однако, для реализации выполнения заданных микрокоманд IMUL(Б) и NOT достаточно ограниченного набора микроопераций и осведомительных сигналов. Описание такого набора представлено ниже.

Набор микроопераций АЛУ:

Y_P1 – запись данных в регистр Р1 с шины AZ;

Y_P2 – запись данных в регистр Р2 с шины AZ;

Y_PP – запись данных в регистр РР с шины AZ;

Y_РгСчт – запись данных в регистр РгСчт с шины AZ;

Y_Z – сигнал выдачи результата;

Y^Z – запись содержимого регистра Z на шину AZ;

Y^А – запись данных с входной шины на шину AZ;

Y_P1^Y , Y_P1^X , Y_P2^Y , Y_P2^X , Y_PP^Y , Y_PP^X,Y_РгСчт^X, Y_РгСчт^Y – сигналы передачи данных из регистров Р1, Р2, РР, РгСчт на шины X и Y;

y1 – Х:=16;

y2 – КСМ:=Х;

y3 – СДВ:=КСМ;

y4 – Z:=СДВ;

y5 – Х:=РгСчт;

у6 – КСМ:=КСМ-1;

y7 – Y:=Р2;

y8 – КСМ:=Y;

y9 – Х:=Р1;

y10 – КСМ:=КСМ+Х;

y11 – СДВ:=L1(CДВ).СДВ[0];

y12 – CДВ:=СДВ[15].R1(СДВ);

у13 – X:= (используя инверсные выходы триггеров регистра Р1);

y14 – КСМ:=КСМ+1;

y15 – КСМ :=КСМ+Y;

y16 – ЩД:=Z;

y17 – Х:=2;

Набор осведомительных сигналов АЛУ:

х1 – Y[15]

х2 – РгСчт=0

x3 – Y[0]

2.6 Микропрограмма выполнения команды IMUL(Б)

Содержательная микропрограмма ОА умножения со знаком по алгоритму Б (сдвиг множителя вправо, множимого влево) в модифицированном дополнительном коде представлена на рисунке 2.5.

Р исунок 2.5 – Содержательная микропрограмма работы ОА IMUL(Б)

2.7 Микропрограмма выполнения команды NOT

С одержательная микропрограмма работы команды NOT с регистром операнда1 изображена на рисунке 2.6.

2.8 Микропрограмма работы АЛУ

П осле разработки микропрограмм заданных микроопераций IMUL(Б) и NOT можно приступить к разработке микропрограммы работы всего АЛУ. Такая микропрограмма изображена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Микропрограмма работы АЛУ