Назначение и основные параметры АЛУ.

Арифметико-логическим устройством (АЛУ) называется функ­ционально законченный узел ЭВМ, предназначенный для аппаратной реализа­ции логических и арифметических операций по обработке инфор­мации, а так же формирования признаков выполняемых операций. Эти операции могут выполняться либо аппаратным спосо­бом – с использованием соответствующих электронных устройств, построенных на логических элементах, либо программным спосо­бом – с применением последовательного исполнения нескольких операций, выполняемых аппаратным способом. В соответствии со сказанным, АЛУ является одним из основных узлов ЭВМ.

Вне зависимости от того, насколько широк круг операций, реа­лизуемых современными АЛУ, главными среди них остаются опе­рации арифметического сложения и умножения. Важность этих операций подтверждается тем, что при описании характеристик но­вых машин продолжительность этих операций, как правило, ука­зывается в качестве основных характеристик ЭВМ.

Для выполнения арифметических и логических операций над входными переменными они должны быть введены в АЛУ, по­этому его дополняют вспомогательными устройствами – регистрами. Регистры, подключаемые к АЛУ, предназна­чены для промежуточного хранения как исходных данных, так и результатов выполнения той или иной операции.

На рис. приведен вариант схемы соединения АЛУ с допол­нительными регистрами. По существу эта схема является упрощенной схемой микропроцессора.

Как правило, АЛУ снабжается двумя группами входных и одной группой выходных выводов данных, а также группой выходов, предназначенных для получения вспомогательной информации. Обе группы входных выводов (входных портов) снабжаются буферными регистрами, предназначенными для временного хранения данных - операндов. Каждый буферный регистр способен хранить одно слово информации. Разрядность этого слова определяется конкретным типом устройства. Один входной порт АЛУ позволяет принимать данные непосредственно с шины данных, а второй–либо с шины данных, либо из специализированного регистра, называемого аккумулятором. Вход этого регистра соединен с выходным портом. Таким образом, регистр аккумулятор предназначен для хранения результата выполнения операций, или одного из операндов.

В ряде случаев аккумулятор снабжается вторым входом, подключаемым к шине данных. Поэтому в общем случае в аккумуляторе могут храниться как данные, полученные в результате выполнения предыдущей операции, так и данные, переданные по шине данных. Группа выводов, предназначенных для получения вспомогательной информации о работе АЛУ. подключается к спе­циальному регистру, называемому регистром состояния, кода условий или индикатором. В его разрядах хранится служебная информация о результате исполнения последней операции, например, указание о том, что аккумулятор сброшен, в ходе последней операции получен отрицательный результат и т. д.

В зависимости от типа операции АЛУ может оперировать одним или двумя словами данных и, следовательно, пользоваться одним или двумя входными портами. Например, при выполнении операции арифметического сложения используются два порта, а операции получения обратного кода (инвертирование кода) нужен только один порт. Результат операции всегда оказывается в аккумуляторе.

Конкретный перечень операций, реализуемых АЛУ, может быть достаточно обширным и различен для устройств разных классов, Однако среди этого разнообразия можно выделить ряд операций, выполняемых АЛУ всех типов. К таким операциям относятся: арифметическое сложение, арифметическое вычитание, логическое умножение, логическое сложение, сумма по модулю два (Исключающее ИЛИ), инверсия, сдвиг вправо, сдвиг влево, приращение положительное (инкремент), приращение отрицательное (декремент).

Перечисленные операции выполняются с использованием только аппаратных средств (схем на ЛЭ), заложенных в АЛУ, и поэтому являются элементарными. Более сложные операции, например такие, как арифметические умножение и деление выполняются, как правило, программно путем комбинаций описанных элементарных операций (микропрограммным способом).

Следует отметить, что по своему построению АЛУ относится к разряду комбинационных устройств, так как не содержит собственных элементов памяти. Поэтому значения его выходных сигналов определяются исключительно комбинацией входных сигналов, а время выполнения конкретной элементарной операции зависит от времени задержки распространения сигнала, т. с. опре­деляется частотными свойствами используемой элементной базы и видом реализуемых ФАЛ

Анализ работы ЭВМ показал, что до 50% выполняемых ею операций являются операциями арифметического умножений, а до 45% –операциями арифметического сложения. Отсюда становится понятным, почему времена выполнения операций арифметического сложения и умножения относят к основным параметрам ЭВМ.

Первое определяет совершенство применяемой элементной базы второе - совершенство используемых алгоритмов. Ниже рассмотрим только вопросы, связанные с построением логических схем, используемых при выполнении логических и арифметических операций аппаратным способом.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: