Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow Информатика 2015

4.2.2. Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - важнейшая часть процессора. Оно позволяет выполнять различные арифметические и логические операции над операндами. Вид выполняемой АЛУ операции определяет программист, составляющий управляющую программу. Программа, хранящаяся в оперативной памяти, но частям передается в процессор, где и выполняется. Таким образом, процессор лишь исполняет указания программиста, выраженные в виде совокупности команд (программы).

Процессор (как и все другие цифровые устройства) воспринимает управляющие сигналы и операнды в виде двоичных чисел. Результат также формируется в виде двоичных чисел. Однако программисты составляют управляющие программы чаще всего на языках программирования высокого уровня (Паскаль, Делфи, Си...). В момент трансляции программы ее текст превращается в набор двоичных чисел (объектный код). Именно эти двоичные числа заставляют процессор (в том числе и АЛУ) выполнять операции, запланированные программистом.

Структурная схема АЛУ показана на рисунке.

Два многоразрядных операнда (числа, буквы, символы и т.д.), подлежащие обработке в АЛУ, подаются на входы А и В. Результат выполнения

операции появляется на выходе F. Вид операции, выполняемой в АЛУ, определяется сигналами, которые подаются на входы Sи М

Таким образом при сложении чисел 2 и 3 одно из них подается на вход А, а второе на - вход В. В этот момент времени на шины

S и М подаётся двоичное число, которое на естественном языке означает команду (приказ) «Выполнить арифметическое сложение». Результат сложения - число 5 появляется на выходе F.

У входов Ми Sодинаковое назначение - определять вид выполняемой в АЛУ операции. Эти входы разделены лишь с методической целью. Сигнал на входе М (Mode - режим) определяет, какую операцию будет выполнять АЛУ - логическую или арифметическую.

Рассматриваемый простейший тип АЛУ (К155ИПЗ, американский аналог - 74181) имеет малую разрядность - лишь 4 бита. По этой причине разработчики АЛУ предусмотрели возможность увеличения (наращивания) разрядности устройства (в случае возникновения такой необходимости). Увеличить (нарастить) разрядность АЛУ можно за счет использования нескольких секций (микросхем) и двух специальных шин Со и Cn+j. За счет этого можно создать АЛУ, у которого число разрядов равно 8, 12, 16 и г.д.

Шина Со при создании многоразрядных конструкций используется для приема переноса, формируемого в предыдущей (младшей) секции (микросхеме). Шина Cn+i служит для передачи арифметическою переноса из младшей секции в старшую секцию. Другими словами: если у разработчика в наличии имеется n-разрядное АЛУ, то для получения разрядности 2п нужно взять ещё одну аналогичную микросхему, объединить параллельно входы Sh М, а выход Сп+1 младшей секции соединить с входом Со старшей секции (микросхемы).

Логические и арифметические операции отличаются тем, что при выполнении логических операций вычисления производятся поразрядно. Между собой взаимодействуют только одноименные разряды (например, второй разряд операнда А и второй разряд операнда В), и переносы между разрядами не допускаются. При выполнении арифметических операций в случае необходимости осуществляются переносы между соседними разрядами (например, перенос от младшего разряда к старшему).

Проиллюстрируем сказанное двумя примерами: логической операцией Исключающее ИЛИ и арифметическим сложением по модулю два. Обе операции выполняются но одинаковым правилам, но в арифметическом сложении допускается перенос между разрядами.

Предположим, что имеется два десятичных числа А = 12D и В = 10D. В двоичной системе счисления эти числа имеют вид: А =1100В и В =1010В.

В результате выполнения логической операции Исключающее ИЛИ получается четырехразрядное число 0110В. После выполнения арифметического сложения на выходе F появляется четырехразрядное число 0110В, а на шине Cn+j присутствует логическая единица. Этот сигнал свидетельствует о возникновении переноса в пятый разряд, то есть в следующую старшую секцию восьмиразрядного АЛУ.

Работу четырехразрядного АЛУ можно описать выражением:

В этой формуле индексами i отмечены номера разрядов операндов А и В и выходног о сиг нала F.

Если на управляющие входы такого АЛУ подать сигналы M = l, Sj = 1, S2 =0, Sj = 1, Sg =1, то АЛУ будет выполнять операцию F, =Д п Ц, то есть операцию конъюнкции (лог ическое умножение). Этот результат получается ггри подстановке исходных данньгх в приведенную формулу. Изменяя пять управляющих сигналов М, S3,..Во, можно «заставить»такое АЛУ выполнить 32 различные оггерации (16 логических и 16 арифметических). Так присутствие на управляющих входах двоичного числа М = 0, S3 = 1, S2 =0, Sj =0, So = 1 заставит АЛУ выполнить арифметическое сложение чисел, поступивших на шины А и В, и к полученному результату прибавить значение переноса из предыдущей секции, то сеть Fj =Д +Д +Со-

Таблица показывает, как, изменяя управляющие сигналы, можно задавать вид выполняемой оггерации.

Уп|

равняющие сигналы

Выполняемые операции

S3

s2

Si

So

Логические М = 1

Арифметические М =0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы