Арифметико логические

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными, поступающими из устройств памяти или ввода — вывода. Устройство управления декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы, необходимые для того, чтобы АЛУ и вся система могли выполнять требуемые функции. В микропроцессорных системах устройство управления и АЛУ соединены в одну большую интегральную схему (БИС), которая называется центральным процессорным элементом (ЦПЭ) или просто центральным процессором (ЦП), выполняющим все функции обработки данных и управления.

Часть свойств ЭВМ приобретает благодаря наличию в ее составе электронного или электромеханического оборудования; специально предназначенного для реализации этих свойств. Арифметическо-логическое устройство машины является примером аппаратурных средств.

Собственно обработка информации производится электронным процессором, содержащим арифметическо-логическое и управляющее устройства. В ЭВМ возникает проблема организаций взаимодействия быстродействующего процессора с большим числом сравнительно медленно действующих периферийных устройств (ПУ).

По своим функциям АЛУ является операционным блоком (см. § 6.1), выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

Арифметическо-логическое устройство рассмотренного типа широко используется для деления.

Упрощенная структурная схема процессора представлена на 9.1. На схеме изображены только его основные части: арифметическо-логическое устройство АЛУ, управляющее устройство (управляющий' автомат) УУ, блок управляющих регистров БУР, блок регистровой памяти (местная память) и блок связи с ОП и некоторым другим, в том числе внешним по отношению к ЭВМ, оборудованием.

Арифметическо-логическое устройство процессора выполняет логические и арифметические операции над данными. В общем случае в АЛУ выполняются логические преобразования над логическими кодами фиксированной и переме?1ной длины (над отдельными битами, группами бит, байтами и их последовательностями), арифметические операции над числами с фикси-

Арифметическо-логическое устройство, выполненное в виде комбинационной схемы с собственным регистром временного хранения, производит арифметические и логические операции над 8-разрядными операндами. Один вход АЛУ связан с аккумулятором, а другой может быть соединен с любым общим регистром. Имеется включаемый специальной командой десятичный корректор, превращающий результат непосредственно предшествующей операции двоичного сложения (вычитания) над двоично-десятичными операндами в результате соответствугй-щей операции десятичной арифметики (см. гл. 7).

Арифметическо-логическое устройство содержит четырех-байтный и однобайтный блоки операций. Четырехбайтный блок с 32-разрядным сумматором служит для операций над двоичными числами с фиксированной и плавающей точками, а также над логическими кодами. Однобайтный блок с 8-разрядным сумматором выполняет операции над десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями переменной длины (см. гл. 7).

Арифметическо логическое устройство t ОЗУ

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ), состоящее, как правило, из двоичного сум-

Устройства арифметико-логические (АЛУ) 219

Примером простых ИМС могут служить логические элементы. Средние ИМС — это сумматоры, счетчики, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) емкостью 256—1024 бит. Большие ИМС (БИС) — это арифметико-логические и управляющие устройства. Со второй половины 70-х годов разрабатывают ИМС 4 —5-й степени интеграции с числом элементов ЛГ = 10*-г 106 и минимальными размерами элементов 1,0 — 0,1 мкм (СБИС).

В состав ОА входят главным образом типовые функциональные узлы: регистры, счетчики, сумматоры, дешифраторы, шифраторы, арифметико-логические устройства (АЛУ), схемы сравнения, блоки памяти, схемы пересылки данных и т. п. Число элементов памяти (ЭП), содержащихся в ОА, определяется разрядностью обрабатываемых данных пд, которая может быть достаточно большой. Однако трудоемкость и сложность проектирования ОА, как правило, слабо зависят от пд в силу широкого использования стандартных узлов. Таким образом, ОА является исполнительной частью устройства; его состав и структура могут быть одинаковыми для реализации многих алгоритмов одного класса.

1.5. Арифметико-логические устройства ....................34

Цифровые узлы комбинационного типа. Преобразователи кодов. Коммутаторы. Компараторы. Комбинационные сумматоры. Арифметико-логические устройства.

1.5. Арифметико-логические устройства

В номенклатуре современных быстродействующих ИС 1533, 1554 и 1564 сумматоров нет. Операции сложения и вычитания реализуют на ИС универсального назначения, которые называются арифметико-логическими устройствами {АЛУ). Арифметико-логическое устройство - ИС универсального назначения, способная выполнять как арифметические операции (сложение и вычитание), так и поразрядные логические операции. По своей структуре АЛУ на (п+1) разрядов не сложнее сумматора той же разрядности с параллельным переносом, но позволяют выполнять помимо сложения и вычитания чисел их сравнение, а также и поразрядные логические операции над двоичными кодами. Кроме того, АЛУ хорошо приспособлены к наращиванию разрядности.

256-1024 бит. Большие ИМС (БИС) - это арифметико-логические и управляющие устройства. Со второй половины 70-х годов разрабатывают ИМС 4-5-й степени интеграции с числом элементов М=104-10е и минимальными размерами элементов 1,0-0,1 мкм (СБИС).

Часто в качестве сумматоров используются арифметико-логические устройства (АЛУ). Эти устройства фактически предназначены для выполнения целого ряда различных функций. В частности, 4-разрядная АЛУ '181 (с возможностью расширения для обработки слов большей длины) может выполнять сложение, вычитание, сдвиг двоичных разрядов, сравнение величин и некоторые другие функции. Время выполнения арифметических операций в сумматорах и АЛУ находится в пределах от наносекунд до десятков наносекунд в зависимости от типа логического семейства.

Отечественной промышленностью налажено массовое производство нескольких серий интегральных схем КМОП-структуры: 164, К176, К561, 564, 764, 765, К188, К537, К572, К587. Первые пять серии из перечисленных содержат изделия различного функционального назначения: разнообразные логические элементы, дешифраторы, преобразователи уровня, арифметические и арифметико-логические устройства, мультиплексоры-демультиплексоры, триггеры, регистры, счетчики и др. Остальные серии — специализированные и охватывают микросхемы большой степени интеграции: запоминающие устройства, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, элементы микропроцессорных наборов [3, 9].

9-10. Арифметико-логические устройства