№3 individuale

O unitate logică aritmetică (ALU) este un nod al unui computer care efectuează operații aritmetice și logice asupra datelor procesate de calculatoare.

In general, ALU multifuncțional include o porțiune de operare (OS) și o unitate de control (CU), care efectuează o decodificare secundar codul de comandă determină operația efectuată în ALU.

Figura. Structura ALU

Structura detaliată a ALU prezentată în Fig.

Date inițiale (operanzilor) prin comenzi CU sunt citite din registrele RAM din prima și a doua operand (comunicare 1).

Din ALU în unitatea de control CU o comandă pentru a efectua o operație (conexiune 2), care se transmite lor voperatsionnuyu porțiune (comunicare 3).

În conformitate cu această parte de operare comandă efectuează o acțiune cu datele care sunt selectate izregistrov primul și al doilea operanzi (conexiune 6). Rezultatul este stocat vregistr rezultat (Us 4), care - în RAM (comunicare 5).

Structura ALU înregistrează în cazul în care este plasat originalul, iar datele rezultate, și înregistrează mărimea (numărul de biți) formează conceptul grilei de evacuare.

Set efectuate în cadrul operațiunilor ALU trebuie să posede caracterul complet funcțional. Pentru a oferi funcționale suficient de completă patru operații:

acces de memorie pentru date de scriere / citire;

compararea (își dă seama de posibilitatea de a sucursalei condiționate);

oprirea funcționării dispozitivului.

În primele procesoare, numărul de șaisprezece operațiuni limitate acum ajunge la câteva sute.

Numărul operațiunilor este o caracteristică importantă a ALU.

ALU pot fi clasificate pe mai multe motive. de mai jos.

1. Clasificarea unei metode de prezentare a datelor:

punct fix;

virgulă mobilă.

2. Clasificarea prin metoda operandului:

· ALU Serial unde fiecare operație se realizează secvențial peste fiecare descărcare;

· Funcționarea în paralel ALU se realizează pe toate biți de date simultan;

· Seria - ALU paralel, în cazul în care cuvântul de date este împărțit în silabe, prelucrarea datelor se efectuează în paralel pe descărcarea silabă și în mod constant de-a lungul silabe.

3. Clasificarea prin utilizarea sistemelor numerice:

4. Clasificarea caracterului folosind elemente și componente:

blochnye- pentru a efectua anumite operații aritmetice în structura ALU introduse blocuri speciale, ceea ce permite să efectueze procesarea informațiilor în paralel;

konveyernye- o operațiune pipeline ALU este împărțit într-o secvență de micro-ops executate pentru intervale de timp egale (bătăi) în diferite etape ale unui transportor, care permite efectuarea unei operații cu operanzi flux fiecare ciclu de ceas;

mnogofunktsionalnye- acest scop ALU, care operează o multitudine de operații într-un singur dispozitiv. Într-o astfel de setare necesită ALU pentru a efectua operațiunea folosind codul de operare.

5.Klassifikatsiya caracteristici temporale.

Caracteristicile temporale ALU împărțite în:

sinhronnye- ALU în fiecare operație sincron se efectuează într-un singur ciclu.

asinhronnye- nu cronometrat UMA, oferind de mare viteză, astfel cum a evoluat în circuitele combinaționale.

6.Klassifikatsiya dispozitiv de control postrukture:

dispozitiv logic de control ALU rigid;

ALU cu un control de firmware.

Principalele funcții ale ALU

ALU Modern efectua:

Funcția aritmetică binară a datelor în format punct fix;

Funcția aritmetică binară pentru datele în format virgulă mobilă;

Reprezentarea aritmetică BCD funcție a datelor;

operații logice (inclusiv aritmetice și logice schimburi);

operațiune de transfer de date;

lucra cu date de caracter;

lucra cu date grafice.

Caracteristici principale ALU

Principalele caracteristici ale ALU pot fi împărțite în cantitative și calitative.

Caracteristicile cantitative determină viteza de funcționare, în timp ce efectuează o singură operație, precizia de reprezentare a datelor, numărul de operațiuni efectuate.

Vav medie a vitezei efectuarea operațiunilor ALU poate fi definită ca otnoshenieN (T) - numărul de operațiuni efectuate în intervalul de timp T la un anumit interval de timp:

Timpul mediu petrecut pentru a efectua o operație ALU este: Tav = 1 / Vav

Precizia de reprezentare a datelor în ALU depinde de lungimea cuvântului de ALU și formatul de date selectat.

Caracteristicile calitative ale ALU:

Caracteristicile calitative ale ALU includ:

Caracteristici structurale ale ALU;

formate de date (cu virgulă mobilă fixe sau);

metode de codare a datelor.

Adder - un dispozitiv care convertește semnalele de informație (analogice sau digitale) în semnal echivalent cu suma dintre acestea este cel mai simplu dispozitiv digital signalov.Summator. Această unitate de calculator care realizează însumarea aritmetică a codurilor numerice, de exemplu, se intenționează să se adauge două numere, date în cod binar. Să comparăm suma numerelor zecimale și binare:

Reguli de adăugarea de numere binare și zecimale sunt identice:

Adăugarea efectuate la nivel de bit - de la LSB la vârstnici;

LSB este calculat în sumă de termeni LSBs Ai și Bi. Această sumă este în această notație poate fi scrisă într-o singură cifră sau două cifre S1 P1 S1. Funcția P este transferul;

toți biții ulterioare pentru a fi suma de cifre ale termenilor de date Ai și Bi. în care atunci când Pi-1 = 1 se adaugă la această unitate de sumă (în exemplele numerice prezentate mai sus, acest caz este boldat, rezultatul adăugării în cifra i-lea este scris ca Si sau neambiguă Pi Si număr format din două cifre.

Astfel, fiecare cifră este necesară pentru a găsi suma Ai. Bi și Pi-1 (If Pi-1 = 1), adică Si determina si Pi. În funcție de numărul de intrări distinge jumătate de vipera, un bit sumator (OS) și sumatoarele multi-bit.

Figura 3.2.3.1 - Schema de jumătate de vipera

Figura 3.2.3.2 - schema folosind standardul de jumătate de sumator modulo 2 sumator

Dispozitiv numit pe jumătate sumator cu două intrări și două ieșiri, care sunt generate sumă și transporta semnale. O jumătate de vipera pune în aplicare doar o parte a problemei însumării deoarece ignoră cantitatea de intrare - (. Vezi risunki3.2.3.1 și 3.2.3.2), transfer de la adiacente cel mai puțin semnificativ în datele. Tabelul 3.2.3.1 arată tabelul de adevăr pe jumătate sumator. Figura 3.2.3.3 arată calendarul polussumatora Diagrama de funcționare.

Tabelul 3.2.3.1 - jumătate de vipera tabel de adevăr

Figura 3.2.3.3 - Operation Chart half-adder

Logică ecuația: S = x ^ * y + x * y ^ P = x * y

One cifre sumator binar cuprinde două circuite combinaționale, unul care formează Si. în al doilea rând pentru determinarea Pi. (A se vedea. Figurile 3.2.3.4 și 3.2.3.5) .Mnogorazryadny sumator construit pe baza plus un bit în conformitate cu normele.

Figura 3.2.3.4 - sumator binar Circuit odnoryazryadnogo

Figura 3.2.3.5 - Operation Chart odnoryazryadnogo sumator binar

viperei un singur bit au trei intrări și oferă o sumă de termeni și descarcă transferul de descărcare de gestiune anterioare. (A se vedea. Tabelul 3.2.3.2).

Tabelul 3.2.3.2 - Tabelul sumator adevăr

Ecuația logică S = y1 + y2 + y3 + y4 Y1 = x1 ^ * x2 ^ * x3 Y2 = x1 ^ * x2 * x3 ^ Y3 = x2 ^ * x3 ^ * x1 Y4 = x1 * x2 * x3 Pi + 1 = y1 + y2 + y3 + y4 Y1 = x1 ^ * x2 * x3 Y2 = x1 * x2 ^ * x3 Y3 = x1 * x2 * x3 ^ Y4 = x1 * x2 * x3

Minimalizare a acestor ecuații folosind formulele de algebra logicii, vom construi o viperă în Electronics Workbench.

În funcție de natura codurilor de intrare-ieșire și organizația desfășoară vipere multi-bit sunt principiul de funcționare în serie și în paralel.

Vposledovatelnom sumator adăugarea codurilor se realizează puțin câte puțin, pornind de la bitul cel mai puțin semnificativ al sumatorului prin combinarea a trei intrări. Formată în acest transfer de descărcare Pj + 1 este întârziată de timp și Ted Pj este de intrare la vipera, la momentul primirii următoarelor termeni de descărcare. Astfel, cifră cu cifră a efectua succesiv coduri numerice de adiție. Avantajul unui sumator serial este simplitatea implementării hardware, iar dezavantajul - (. Vezi figura 3.2.3.6) însumarea un timp suficient de lung. Figura 3.2.3.7 este o diagramă de temporizare ilustrând funcționarea sumatorului de serie.

Figura 3.2.3.6 - Circuit sumator serial

Figura 3.2.3.7 - diagramă pentru un sumator serial

Vparallelnom viperă realizat o performanță mai mare. In plus fata coduri furnizate la intrările vipera simultan pe toate taxele. În acest scop, fiecare bit sumator este utilizat combinarea a trei intrări, ieșirile care sunt formate din valoarea Sj suma descărcării și transferul Pj + 1 în MSB. In procesul semnalului de propagare transporta stabilit valoarea finală a sumei din fiecare cifră. Evident, în acest timp, intrările la sumatorul sunt semnale prezente Xi, Yi, codurile corespunzătoare summable. Suma maximă a timpului obținut în cazul în care transferul care rezultă din prima descărcare, descărcarea este distribuită peste tot (de exemplu, la codurile de adiție 11..11 și 00..01). Într-un sumator paralel diferite metode utilizate în mod obișnuit pentru a accelera transferul (deplasare paralelă, gruparea și m. N.) In, este o diagramă de sincronizare de lucru ilylyustriruyuschaya sumator serial.

Pentru a investiga rozryadny sumator 4-binar.