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, ..., ам,) 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.