Лекция по информатике: "Арифметико-логическое устройства"

ее ие ое АЛУ: назначение и классификация Арифм тико­лог ческое устр йство (АЛУ) — блок процессора, который под управлением устройства управления служит для выполнения арифметических и логических преобразований над данными, называемыми в этом случае операндами.  Разрядность операндов обычно называют размером машинного слова. Арифметико­логическое устройство в зависимости от выполнения функций можно разделить на две части: ­ микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд); ­ операционное устройство, в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд). Операции в АЛУ Все   выполняемые   в   АЛУ   операции   являются   логическими   операциями   (функциями),   которые   можно   разделить   на следующие группы: ­ операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой; ­ операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой; ­ операции десятичной арифметики; ­ операции индексной арифметики (при модификации адресов команд); ­ операции специальной арифметики; ­ операции над логическими кодами (логические операции); ­ операции над алфавитно­цифровыми полями. Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции всех приведённых выше групп, а малые и микроЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют аппаратуры арифметики чисел с плавающей точкой, десятичной арифметики   и   операций   над   алфавитно­цифровыми   полями.   В   этом   случае   эти   операции   выполняются   специальными подпрограммами. К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции») и умножение и деление («длинные операции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкция (логическое ИЛИ) и конъюнкция (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 остаётся на месте),   логический   сдвиг   (знаковый   разряд   сдвигается   вместе   с   цифровыми   разрядами).   Обширна   группа   операций редактирования   алфавитно­цифровой   информации.   Каждая   операция   в   АЛУ   является   логической   функцией   или последовательностью логических функций описываемых двоичной логикой для двоичных ЭВМ, троичной логикой для троичных ЭВМ, четверичной логикой для четверичных ЭВМ, десятичной логикой для десятичных ЭВМ и т. д. Классификация АЛУ По   способу   действия   над   операндами   АЛУ   делятся   на   последовательные   и   параллельные.   В   последовательных   АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами.   В   параллельных   АЛУ   операнды   представляются   параллельным   кодом   и   операции   совершаются   параллельно   во времени над всеми разрядами операндов. По способу представления чисел различают АЛУ: ­ для чисел с фиксированной точкой; ­ для чисел с плавающей точкой; ­ для десятичных чисел. По   характеру   использования   элементов   и   узлов   АЛУ   делятся   на   блочные   и   многофункциональные.   В   блочном   АЛУ операции   над   числами   с   фиксированной   и   плавающей   точкой,   десятичными   числами   и   алфавитно­цифровыми   полями выполняются   в   отдельных   блоках,   при   этом   повышается   скорость   работы,   так   как   блоки   могут   параллельно   выполнять соответствующие операции, но значительно возрастают затраты оборудования. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы. По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие приём из других устройств   (например,   памяти)   операндов,   их   преобразование   и   выдачу   результатов   преобразования   в   другие   устройства. Арифметико­логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение   в   АЛУ   определённых   микроопераций.   Генерируемая   управляющим   блоком   последовательность   сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами. Контрольные вопросы: 1. Каково содержание понятия "структура компьютера"? 2. По каким техническим характеристикам осуществляется оценка и выбор компьютера? 3. Что представляет собой класс карманных персональных компьютеров? 4. Каковы основные тенденции развития компьютеров? 5. Объясните суть принципа иерархии построения ЭВМ. 6. Перечислите отличительные особенности классической структуры ЭВМ. 7. Каковы отличительные особенности структуры ПК? 8. Объясните многообразие шин, используемых в структуре ПК. 9. Каковы основные предпосылки появления и развития компьютерных систем? 10. Какие принципы положены в основу классификации архитектур компьютерных систем? 11. Какие типы АЛУ Вы знаете? 12. Расскажите принцип работы АЛУ с фиксированной запятой. 13. Приведите функциональную схему микропрограммного устройства управления?