Алу в информатике это

Кратко и доступно о том, как работает центральный процессор, регистры, память, инструкции и кэш, а также что такое УУ и АЛУ и зачем они нужны.

Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.

Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.

Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.

Два основных компонента процессора

Устройство управления

Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.

Существует два типа реализации УУ:

  • УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
  • УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.

УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.

Арифметико-логическое устройство

Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.

Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.

Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).

Как работает процессор? 1

Схема арифметического полусумматора
Базаров Н.Р. 1
1 : Колледж коммерции, технологий и сервиса ФГБОУ ВО «Курский государственный университет»
Работа в формате PDF

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Лекция 323. Atmega 8: Принцип работы АЛУ

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических преобразований над числами и словами.

В АЛУ кроме классических арифметических операций, логического сложения и логического умножения двух слов выполняются сдвиги слов, преобразования кодов и некоторые другие операции.

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 можно разделить на количественные и качественные.

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:

Среднее время, которое АЛУ тратит на выполнение операции равно: Tср = 1/Vср (2)

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

К качественным характеристикам АЛУ относятся:

  • структурные особенности АЛУ;
  • форматы представления данных (с фиксированной или плавающей точкой);
  • способы кодирования данных.

АЛУ можно классифицировать по ряду признаков, приведенных ниже.

1. 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.

Структура АЛУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структура АЛУ

Исходные данные (операнды) по командам УУ (см выше) считываются из ОЗУ в регистры первого и второго операндов (связь 1).

Из УУ в блок управления АЛУ поступает команда на выполнение той или иной операции (связь 2), которая передается им в операционную часть (связь 3).

В соответствии с этой командой операционная часть выполняет нужное действие с данными, которые выбираются из регистров первого и второго операндов (связь 6). Результат заносится в регистр результата (связь 4), откуда – в ОЗУ (связь 5).

Структура регистров АЛУ, куда помещаются исходные и результирующие данные, а также размер регистров (число двоичных разрядов t) формируют понятие разрядной сетки (далее – сетки), которое используется ниже.

Таким образом, структура АЛУ определяется набором микроопераций, необходимых для выполнения заданных арифметических, логических и специальных операций, а задачу построения АЛУ можно свести к задаче определения набора микроопераций, который позволяет составить микропрограмму любой из заданных операций. Такой набор легко получить, если записать микропрограммы всех операций, выполняемых в АЛУ, и выбрать из них все микрооперации, входящие в микропрограммы хотя бы один раз. Однако, если при этом алгоритм операций выбирать произвольно, то количество микроопераций, входящих в полный набор, может оказаться слишком большим и, следовательно, АЛУ будет сложным.

Для получения более простой схемы АЛУ алгоритмы арифметических и логических операций следует выбирать из условия получения минимального набора микроопераций. При этом необходимо учитывать требование обеспечения заданного быстродействия АЛУ: слишком ограниченный набор микроопераций может привести к «длинным микропрограммам некоторых операций», что увеличивает время выполнения данных операций.

Список использованных источников

  1. Арифметико-логическое устройство [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/3565590/page:3/ Дата обращения: 07.02.2017
  2. Арифметико-логическое устройство [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/60/60/lecture/1770%3Fpage%3D1 Дата обращения:07.02.2017
  3. Арифметико-логическое устройство. Общие сведения, функции и классификация [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/716008/ Дата обращения: 07.02.2017

Назначение, классификация и организация АЛУ

Назначение, классификация и организация АЛУ. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является одной из основных функциональных частей процессора, осуществляющей непосредственное преобразование информации. Все операции, выполняемые в АЛУ, можно разделить на следующие группы: — операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной запятой; — операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей запятой; — операции десятичной арифметики (над числами, представленными в двоично-десятичном коде); — операции адресной арифметики (при модификации адресов команд); — операции специальной арифметики; — логические операции;

Аттестационный тест по курсу «Информатика» 88,33%
Информатика
Аттестационный тест
Информатика
Информатика
Тест 1 — Основы программирования Си
Программирование и алгоритмизация
Экзамен — Теория 2023 г
Информатика
499 149 руб.
Ответы на Аттестацию официального партнера amoCRM 2023
Информатика

— операции над алфавитно-цифровыми полями. Современные универсальные ЭВМ обычно реализуют операции всех приведенных выше групп, а специализированные ЭВМ часто не имеют аппа­ратуры для обработки чисел с плавающей запятой, десятичных чисел и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции вы­полняются специальными подпрограммами. Основными являются арифметические и логические операции. К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, вычита­ние модулей («короткие операции»), умножение и деление («длинные опера­ции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкции (логи­ческое ИЛИ) и конъюнкции (логическое И) над многоразрядными двоичны­ми словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигают­ся только цифровые разряды, знаковый разряд остается на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обшир­на группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации. Для выполнения перечисленных операций в АЛУ включаются следую­щие функциональные узлы: — сумматор для выполнения суммирования и других действий над ко­дами операндов; — регистры для хранения кодов операндов на время выполнения дейст­вий над ними; — сдвигатели для сдвига кода на один или несколько разрядов вправо или влево; — преобразователи для преобразования прямого кода числа в обратный или дополнительный код; — комбинационные схемы для реализации логических операций, муль­типлексирования данных, управляемой передачи информации, формирования признаков результата и т.д. Регистры и в некоторых случаях сумматоры имеют цепи управления приемом, выдачей и сбросом кодов операндов. Логические операции, опера­ции сдвига и преобразования кодов могут выполняться не только специаль­ными устройствами, но и с помощью дополнительных связей регистров и сумматора. В зависимости от типов используемых для суммирования базо­вых элементов различают комбинационные и накапливающие сумматоры. Классификация АЛУ По способу представления чисел различают АЛУ: — для чисел с фиксированной запятой; — для чисел с плавающей запятой; — для десятичных чисел. По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В параллельных АЛУ операнды представляются параллель­ным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми раз­рядами операндов. В последовательных АЛУ операнды представляются в по­следовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. Такие АЛУ, как правило, используют конвейерный метод обработки, при котором совмещаются во времени фазы выпол­нения операции для различных разрядов операндов. По выполняемым функциям АЛУ делятся на многофункциональные и функциональные (блочные). В блочном АЛУ операции над числами с фикси­рованной и плавающей запятой, десятичными и алфавитно-цифровыми по­лями, операции типа «умножение» выполняются в отдельных блоках. Такой подход позволяет увеличить скорость работы АЛУ за счет использования быстродействующих блоков, а также за счет организации параллельной рабо­ты этих блоков. Однако в этом случае значительно возрастают затраты обо­рудования. «4. Фазы жизненного цикла» — тут тоже много полезного для Вас. В многофункциональных АЛУ всевозможные операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые ком­мутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. По структурной организации АЛУ можно разделить на устройства, имеющие: — регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной логикой; — магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой. Арифметико-логические устройства первого типа базируются на прин­ципе закрепления логических схем, используемых для выполнения микро­операций, за каждым из регистров. Так, на рис. 3.15 регистры Р1 и Р2 выпол­няют функции приема, хранения и выдачи операндов, поступающих из реги­стров общего назначения (РОН) процессора или КЭШ-памяти данных. С ре­гистром Р1 непосредственно связан преобразователь кода ПК1. Комбинаци­онный сумматор КСМ объединен с регистром РЗ по схеме накапливающего сумматора, с которым непосредственно связаны ПК2 и комбинационная схе­ма КС для мультиплексирования входных данных. На регистре РЗ выполня­ются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. Регистр Р4 выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан с преобразователем кода ПКЗ. Таким образом, в данной структуре функции хранения и преобразования информации выполняются одним и тем же операционным блоком. Магистральная структура АЛУ отличается тем, что в ней регистры и схемы для преобразования информации выделены в отдельные блоки, свя­занные между собой по входам и выходам. В этом случае блок регистров (БР) выполняет функции приема, хранения, выдачи операндов и результатов, а операционный блок (ОБ) выполняет весь необходимый набор микроопераций над словами, хранимыми в БР. В данной структуре блок регистров может быть реализован двумя способами: либо как совокупность отдельных регист­ров с индивидуальными схемами управления, либо как сверхоперативное ад­ресное запоминающее устройство.

Поделитесь ссылкой:

Арифметико-логическое устройство

Аннотация: Рассматриваются особенности реализации арифметико-логического устройства компьютера на примере проектирования АЛУ для умножения чисел с фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя.

Классическая ЭВМ состоит из трех основных устройств: арифметико-логического устройства , устройства управления и запоминающего устройства. Рассмотрим особенности организации этих устройств. Прежде всего, рассмотрим структуру арифметико-логического устройства .

В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство не является самостоятельным схемотехническим блоком. Оно входит в состав микропроцессора, на котором строится компьютер . Однако знание структуры и принципов работы АЛУ весьма важно для понимания работы компьютера в целом. Для лучшего понимания этих вопросов проведем синтез арифметического устройства, предназначенного для выполнения только одной операции – умножения чисел с фиксированной запятой , заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя [13] . В ходе этого процесса также обратим внимание на особенности использования рассмотренных выше основных схемотехнических элементов ЭВМ.

Синтез АЛУ проходит в несколько этапов. Сначала необходимо выбрать метод, по которому предполагается выполнение операции , и составить алгоритм соответствующих действий. Исходя из алгоритма и формата исходных данных, следует определить набор составляющих АЛУ элементов. Затем требуется определить связи между элементами, установить порядок функционирования устройства и временную диаграмму управляющих сигналов, которые должны быть поданы на АЛУ от устройства управления.

Пусть операнды имеют вид:

[X]пк = x0x1x2…xn [Y]пк = y0y1y2…yn

где x0 , y0 – знаковые разряды.

Операция умножения чисел с фиксированной запятой , заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя выполняется по следующей формуле:

Sign Z = Sign X oplus Sign Y \ |Z| = y_<1></p><p>cdot |X| cdot 2^+ y_ cdot |X| cdot 2^ +…+y_ cdot |X| cdot 2^

[X]_</p><p>= 0.1101; Sign X = 0 \ [Y]_ = 1.1011; Sign Y = 1 \ Sign Z = 0 oplus 1 = 1 \ |X| = 0. 1 1 0 1 \ |Y| = 0. 1 0 1 1 \ y_y_y_y_ \ +0.00000000 |Z| = 0 \ y_ = 1 0.01101000 1 cdot |X| cdot 2^ \ + ovwerline |Z| = |Z| + |X| cdot 2^ \ y_ = 0 0.00000000 0 cdot |X| cdot 2^ \ + overline |Z| = |Z| + 0 \ y_ = 1 0.00011010 1 cdot |X| cdot 2^ \ + overline |Z| = |Z| + |X| cdot 2^ \ y_ = 1 0.00001101 1 cdot |X| cdot 2^ \ overline |Z| = |Z| + |X| cdot 2^

Алгоритм вычислений представлен на рис. 3.1

Рис. 3.1. Алгоритм операции умножения чисел с фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя

Каждой переменной, представленной в алгоритме, в схеме должен соответствовать элемент хранения. Разрядность модуля произведения равна сумме разрядностей сомножителей. Умножение двоичного числа на 2 -i обеспечивается сдвигом этого числа вправо на соответствующее количество разрядов. Переход к анализу очередного разряда множителя ( i = i + 1 ) может быть обеспечен сдвигом регистра множителя на один разряд в сторону старших разрядов.

Исходя из этого, определим состав оборудования, необходимого для реализации АЛУ заданного типа для n = 4 ( таблица 3.1).

Таблица 3.1.Схема Разрядность Функции Управляющий сигнал
Регистр модуля множимого RGX8Загрузка. Сдвиг в сторону младших разрядов.УС1 УС2
Регистр модуля множителя RGY4Загрузка. Сдвиг в сторону старших разрядов.УС3 УС4
Регистр модуля результата RGZ8Загрузка. Установка в » 0 «.УС5 УС6
Триггер знака множимого TXЗагрузкаУС7
Триггер знака множителя TYЗагрузкаУС8
Триггер знака результата TZЗагрузкаУС9
АЛУ8Комбинационный сумматор
Комбинационные схемыПолучение на входе АЛУ сигналов » 0 » или RGX в зависимости от значения yi

Структурная схема устройства представлена на рис. 3.2.

АЛУ AVR

В Контакте Ютуб Почта

АЛУ — это Арифметико-Логическое Устройство (ALU – Arithmetic Logic Unit).

Арифметико-логическое устройство является составной частью почти любого микроконтроллера, микропроцессора, процессора. Правда, в старых микропроцессорных системах АЛУ могло быть выполнено в виде отдельной микросхемы или даже нескольких микросхем. В совсем старых ЭВМ АЛУ выполнялось в виде нескольких отдельных электронных модулей.

Арифметико-логическое устройство выполняет, как нетрудно догадаться, арифметические и логические операции.

Высокопроизводительное ALU в микроконтроллерах семейства AVR работает в непосредственной связи со всеми 32-мя регистрами общего назначения (РОН).

Арифметические операции между двумя РОН, или между регистром и непосредственным значением выполняются за один такт.

Функции арифметико-логического устройства

Операции АЛУ подразделяются на три основные категории:

  1. Арифметические.
  2. Логические.
  3. Поразрядные (битовые).

Арифметико-логическое устройство микроконтроллера семейства AVR

Как видно из рисунка, при выполнении своих функций АЛУ AVR берёт значения регистров непосредственно из набора РОН. Непосредственные значения (константы) от других источников (например, из памяти или от устройств ввода) АЛУ получает также из РОН, но в РОН они попадают через шину данных.

После выполнения операции АЛУ передаёт результат на шину данных, а оттуда данные поступают в приёмник (обычно также один из РОН).

Некоторые реализации архитектуры AVR также содержат мощный умножитель, поддерживающий как знаковое/беззнаковое умножение, так и операции с вещественными числами. Более подробно об этом можно узнать в документации по инструкциям процессора.

Как уже было сказано, АЛУ поддерживает арифметические и логические операции между регистрами или между константой и регистром. Операции с одним регистром также могут выполняться в АЛУ. После арифметической операции регистр состояния (Status Register) обновляется для отображения сведений о результате операции.

На рисунке ниже представлена временная диаграмма одного цикла работы АЛУ.

Один цикл работы АЛУ AVR

На рисунке показана общая схема внутренней синхронизации при выполнении операции с регистрами. В этом примере за один такт выполняется операция АЛУ с использованием двух операндов из регистров (источника и приёмника), а результат сохраняется обратно в регистр-приёмник.

При этом получение значений регистров занимает примерно 1/3 такта. Следующие 1/3 такта выполняется операция АЛУ. И, наконец, ещё примерно 1/3 такта занимает запись результата обратно в регистр.

Арифметико-логическое устройство

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения ариф­метических и логических операций преобразования информации. Функциональ­но АЛУ (рис. 5.2) состоит обычно из двух регистров, сумматора и схем управле­ния (местного устройства управления).

Рис. 5.2. Функциональная схема АЛУ

Сумматор — вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения посту­пающих на ее вход двоичных кодов; сумматор имеет разрядность двойного ма­шинного слова.

Регистры — быстродействующие ячейки памяти различной длины: регистр 1 имеет разрядность двойного слова, а регистр 2 — разрядность слова. При выпол­нении операций в регистр 1 помещается первое число, участвующее в операции, а по завершении операции — результат; в регистр 2 — второе число, участвующее в операции (по завершению операции информация в нем не изменяется). Ре­гистр 1 может и принимать информацию с кодовых шин данных и выдавать ин­формацию на них; регистр 2 только получает информацию с этих шин.

Схемы управления принимают по кодовым шинам инструкций управляющие сигналы от устройства управления и преобразуют их в сигналы для управления работой регистров и сумматора АЛУ.

АЛУ выполняет арифметические операции «+», «-», «х» и «> только над двоич­ной информацией с запятой, фиксированной после последнего разряда, то есть только над целыми двоичными числами. Выполнение операций над двоичными числами с плавающей запятой и над двоично-кодированными десятичными числа­ми осуществляется с привлечением математического сопроцессора или по специ­ально составленным программам.

Рассмотрим в качестве примера выполнение команды умножения. Перемножают­ся числа 1101 и 1011 (числа для простоты взяты 4-битовыми). Множимое находит­ся в регистре 1, имеющем удвоенную по отношению к регистру 2 разрядность; множитель размещается в регистре 2. Операция умножения требует для своего

Физическая и функциональная структура микропроцессора

выполнения нескольких тактов. В каждом такте число из регистра 1 проходит в сумматор (имеющий также удвоенную разрядность) только в том случае, если в младшем разряде регистра 2 находится 1. В данном примере в первом такте чис­ло 1101 пройдет в сумматор, и в этом же первом такте число в регистре 1 сдвига­ется на 1 разряд влево, а число в регистре 2 — на 1 разряд вправо. В конце такта после сдвигов в регистре 1 будет находиться число 11010, а в регистре 2 — число 101. Во втором такте число из регистра 1 пройдет в сумматор, так как младший разряд в регистре 2 равен 1; в конце такта числа в регистрах опять будут сдвину­ты влево и вправо, так, что в регистре 1 окажется число 110100, а в регистре 2 — число 10. В третьем такте число из регистра 1 не пройдет в сумматор, так как младший разряд в регистре 2 равен 0; в конце такта числа в регистрах будут сдви­нуты влево и вправо, так что в регистре 1 окажется число 1101000, а в регист­ре 2 — число 1. На четвертом такте число из регистра 1 пройдет в сумматор, по­скольку младший разряд в регистре 2 равен 1; в конце такта числа в регистрах будут сдвинуты влево и вправо, так что в регистре 1 окажется число 11010000, а в регистре 2 — число 0. Поскольку множитель в регистре 2 стал равным 0, опера­ция умножения заканчивается. В результате в сумматор последовательно поступят и будут сложены числа: 1101, 11010, 1101000; их сумма 10001111 (143 в десятичной системе) и будет равна произведению чисел 1101 х 1011 (13 х 11 десятичные).

PersCom — Компьютерная ЭнциклопедияКомпьютерная Энциклопедия

Вы здесь: Главная Процессор Процессор — аппаратный уровень. Арифметико логическое устройство (АЛУ)

Архитектура ЭВМ

  • Базовая организация ЭВМ
  • Процессор
  • Память. Нижний уровень
  • Память. Верхний уровень
  • Ввод-вывод
  • Кодирование символов

Компоненты ПК

  • Устройства вывода информации
  • Процессоры
  • Системные платы
  • BIOS: базовая система ввода-вывода
  • Оперативная память
  • Накопители на жёстких дисках
  • Видеоадаптеры
  • Устройства оптического хранения данных
  • Аудиоустройства

Интерфейсы

Мини блог

  • Операционные системы
  • IT
  • Сетевые технологии

Самое читаемое

  • Арифметико логическое устройство (АЛУ)
  • Страничный механизм в процессорах 386+. Механизм трансляции страниц
  • Организация разделов на диске
  • Диск Picture CD
  • White Book/Super Video CD
  • Прямой доступ к памяти, эмуляция ISA DMA (PC/PCI, DDMA)
  • Карты PCMCIA: интерфейсы PC Card, CardBus
  • Таблица дескрипторов прерываний
  • Разъемы процессоров
  • Интерфейс Slot A

Процессор

Подробности Родительская категория: Процессор Категория: Процессор — аппаратный уровень.

Арифметико логическое устройство — это комбинационная схема, (т.е. она не содержит внутри элементов памяти), выполняющая следующие функции:

  • принимающая на два входа два операнда (например, содержимое двух регистров);
  • формирующая на выходе результат операции.

Большинство компьютеров содержат одну общую схему для выполнения операций И, ИЛИ и сложения над двумя машинными словами. Обычно такая схема для n-битных слов состоит из n идентичных схем для индивидуальных битовых позиций. На рисунке изображена схема одноразрядного АЛУ. Это устройство может вычислять одну из 4 следующих функций: А И В, А ИЛИ В, В- и А + В. Выбор функции зависит от того, какие сигналы поступают на линии F0 и F1: 00, 01, 10 или 11 (в двоичной системе счисления). Отметим, что здесь А+В означает арифметическую сумму А и В, а не логическую операцию И. В левом нижнем углу схемы находится двухразрядный декодер, который порождает сигналы включения для четырех операций. Выбор операции определяется сигналами управления F0 и F1. В зависимости от значений F0 и F1 выбирается одна из четырех линий разрешения, и тогда выходной сигнал выбранной функции проходит через последний вентиль ИЛИ. В верхнем левом углу схемы находится логическое устройство для вычисления А И В, А ИЛИ В и В-, но по крайней мере, один из этих результатов проходит через последний вентиль ИЛИ в зависимости от того, какую из разрешающих линий выбрал декодер. Так как ровно один из выходных сигналов декодера будет равен 1, то и запускаться будет ровно один из четырех вентилей И.

Арифметико логическое устройство

Схема одноразрядного АЛУ

Остальные три вентиля будут выдавать 0 независимо от значений А и В.АЛУ может выполнять не только логические и арифметические операции над А и В, но и делать их равными нулю, отрицая ENA (сигнал разрешения А) или ENB (сигнал разрешения В). Можно также получить А-, установив INV А (инверсию А). При нормальных условиях и ENA, и ENB равны 1, чтобы разрешить поступление обоих входных сигналов, а сигнал INV А равен 0. В этом случае А и В просто поступают в логическое устройство без изменений. В нижнем правом углу находится полный сумматор для подсчета суммы А и В и для осуществления переносов. Переносы необходимы, поскольку несколько таких схем могут быть соединены для выполнения операций над целыми словами. Одноразрядные схемы, подобные той, которая изображена выше, называются разрядными микропроцессорными секциями. Они позволяют разработчику сконструировать АЛУ любой желаемой ширины. АЛУ можно представить как комбинационную схему, имеющую две входные шины (туда подаются два операнда) и одну выходную (на ней получается результат). Кроме того, АЛУ имеет несколько управляющих входов, сигналы на которых определяют выполняемую операцию(рисунок ниже).

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий