СТРУКТУРА АЛУ ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ ЧИСЕЛ С ФИКСИРОВАННОЙ ЗАПЯТОЙ

 

Введение: Обычно в АЛУ операции алгебраического сложения сводятся к арифметическому сложению кодов чисел путем применения дополнительного или обратного кодов для представления отрицательных чисел.

Алгоритм выполнения в АЛУ арифметических операций зависит от того, в каком виде хранятся в памяти ЭВМ отрицательные числа, в прямом или дополнительном коде. В последнем случае сокращается время выполнения операции за счет исключения операции преобразования получаемого в АЛУ дополнительного кода отрицательного результата в прямой код.

Работа АЛУ: При выполнении операции сложения положительные слагаемые представляются в прямом коде, а отрицательные - в дополнительном. Производится сложение двоичных кодов, включая разряды знаков. Если при этом возникает перенос из знакового разряда суммы при отсутствии переноса в этот разряд или перенос в знаковый разряд при отсутствии переноса из разряда знака, то имеется переполнение разрядной сетки соответственно при отрицательной и положительной суммах. Если нет переносов из знакового разряда и в знаковый разряд суммы или есть оба эти переноса, то переполнения нет и при нуле в знаковом разряде сумма положительна и представлена в прямом коде, а при 1 в знаковом разряде сумма отрицательна и представлена в дополнительном коде.

Упрощенная структурная схема АЛУ для операций сложения и вычитания n-разрядных (n-й разряд знаковый) двоичных чисел с фиксированной запятой приведена на рис.1. Предполагается, что отрицательные числа хранятся в памяти в дополнительном коде.

В состав АЛУ входят n-разрядный параллельный комбинационный сумматор См, регистр сумматора PrCм, входные регистры сумматора PrB и PrА, входной регистр АЛУ Pr1.

Из оперативной памяти по входной информационной шине Шивк в АЛУ поступают операнды: положительные числа в прямом коде, а отрицательные в дополнительном. Операнды размещаются в PrB (первое слагаемое или уменьшаемое) и Pr1 (второе слагаемое или вычитаемое); Pr1 связан с PrA цепями прямой и инверсной передачи кода. Результат операции выдается из АЛУ в оперативную память по выходной информационной шине ШИвых. Запись информации в регистры АЛУ осуществляется под управлением сигналов ПрРг1 и ПрРгВ. Слово из Рг1 в РгА передается в прямом коде под действием управляющего сигнала ПрРгАП, в инверсном коде ПрРгАИ. Сигнал ПрРгСм управляет записью результата в регистр сумматора РгСМ, а сигнал ПрИШвых передачей содержимого РгСМ в информационную шину.

Код признака результата формируется комбинационной схемой Пр, на выходы которой поступают выходные сигналы всех разрядов сумматора СМ, а также сигналы переноса из знакового разряда ПнСМ[0] и из старшего цифрового разряда ПнСМ[1].

 

9. Особенности АЛУ микропроцессоров

Для микроЭВМ и микропроцессоров типичной является такая организация, при которой их внутренние регистры используются в различных целях.

Система связей у этих регистров, как правило, централизованная (магистральная), обеспечивающая возможность разнообразных межрегистровых пересылок, в том' числе передач в АЛУ и из АЛУ: В связи с этим часто собственные регистры АЛУ (регистры, используемые только для выполнения арифметических и логических операций) в микропроцессорах отсутствуют.

Это дает повод рассматривать АЛУ микропроцессоров как комбинационную схему, выполняющую арифметические и логические операции над операндами, находящимися в регистрах микропроцессора.

Подобные АЛУ входят в состав большинства микропроцессоров: К580, К1810 и др.

В процессе выполнения операций комбинационное АЛУ взаимодействует с регистрами микропроцессора, являющимися обычно источниками и приемниками операндов для такого АЛУ, при этом, как правило, один и тот же регистр может рассматриваться и как источник, и как приемник информации.

10, а показана схема включения комбинационного АЛУ в контур с регистрами микропроцессора для выполнения арифметических операций.

Рассматриваемые схемы являются фрагментами микропроцессора,^ котором те же самые регистры используются и для других целей (см.

Микропрограммное управление применяется в некоторых типах микропроцессоров.

 

 

10. Управляющий автомат — часть микропроцессора, выполняющая управляющие функции над данными. Представляет собой конечный автомат. Управляющие автоматы состоят из вентилей, регистров, триггеров, декодеров и других логических элементов. В 1951 году М.В. Вилкесом было предложено проектировать управляющие автоматы с помощью микроинструкций, которые хранятся в памяти процессора. Такой способ облегчает проектирование автомата и позволяет легко его изменить.

Микропроцессоры обычно состоят из управляющего автомата и операционного автомата.

Управляющий автомат с "жесткой" логикой

Автоматы с "жесткой" логикой проектируются как обычные конечные структурные автоматы [2, 7, 8].

Сначала необходимо перейти от ГСА микропрограммы к графу автомата, для чего следует:

1. Разметить исходную микропрограмму.

2. Построить по размеченной микропрограмме граф автомата.

Далее реализуются стандартные процедуры синтеза структурного автомата, заданного графом:

• кодирование алфавита входных и выходных символов автомата двоичными кодами;

• кодирование внутренних состояний автомата;

• выбор элемента памяти (типа триггера);

•построение автоматной таблицы переходов;

• синтез комбинационной схемы, реализующей функцию переходов КСх 1;

• синтез комбинационной схемы, реализующей функцию выходов КСх 2.

Процедура разметки микропрограммы ставит в соответствие символам состояний автомата (а₁, a₂, ..., а_м,) некоторые объекты микропрограммы. Способы разметки микропрограмм различаются для автоматов различных типов.

Для автомата Мура разметка выполняется по следующим правилам [2]:

•символом а₁ отмечается начальная и конечная вершина ГСА;

• различные операторные вершины отмечаются разными символами состояний;

• все операторные вершины должны быть отмечены.

Для автомата Мили разметка выполняется по следующим правилам [2]:

•символом а₁ отмечается вход вершины, следующей за начальной, а также вход конечной вершины;

•входы всех вершин, следующих за операторными, должны быть отмечены

символами состояний;

• если вход вершины отмечается, то лишь одним символом;

• входы различных вершин, за исключением конечной, отмечаются различными символами.