Компонентом компьютера выполняющим арифметические и логические операции и контролирующим работу всех

Структурно–функциональная организация арифметическо–логического устройства (АЛУ)

● для реализации стандартного набора арифметических и логических операций над 16–разрядными операндами X, Y, а также многоцикловой операции деления с использованием двух имеющихся примитивов. Ниже приводится список стандартных функций АЛУ: R=X+Y сложение X и Y R=X+Y+CI сложение X и Y с переносом; R=X–Y вычитание Y из X; R=X–Y–CI–1 вычитание Y из X с заемом; R=Y–X вычитание X из Y; R=Y–X–CI–1 вычитание X из Y с заемом; R=–X арифметическое отрицание X;
R=–Y арифметическое отрицание Y; R=Y+1 инкремент Y; R=Y–1 декремент Y; R= PASS X результат равен операнду X; R= PASS Y результат равен операнду Y; R=0 (PASS 0) очистить результат; R=ABS X абсолютное значение X; R=X AND Y логическое умножение; R=X OR Y логическое сложение; R=X XOR Y сложение по модулю 2; R=NOT X логическое отрицание X; R=NOT Y логическое отрицание Y;

● для выдачи информации о состоянии процессора. После выполнения операции АЛУ генерирует (или обновляет) шесть флагов:

AZ — флаг нулевого результата (при всех стандартных операциях);
AN — флаг отрицательного результата (при всех стандартных операциях);
AV — флаг переполнения (при всех стандартных операциях);
АС — флаг переноса (при всех Стандартных операциях);
AS — флаг знака входного Х–операнда (при операции ABS);
AQ — флаг примитива деления (при делении).

рис. 8.3.1

В состав блока АЛУ входят (рис. 8.3.1):

непосредственно ALU с двумя регистрами для входных операндов X, Y и регистром результата R;
входные регистры АХ0, АХ1 и AY0, AY1 для хранения Х– и Y–операндов;
регистр результата AR, в который загружаются результаты выполненной в АЛУ операции для их вывода на шину результата R или на шину данных памяти данных DMD;
регистр обратной связи AF, в который загружаются результаты выполненной в АЛУ операции с целью их использования в качестве операнда Y; для выбора загружаемых 16–разрядных операндов в регистры AY0, AY1, AR, X, Y. Арифметическо–логическое устройство содержит два набора (банка) программно доступных регистров AХ0, AХ1, AY0, AY1, AR, AF. В каждый момент времени доступным является лишь один набор. Для активизации набора можно использовать бит SEC_REG в позиции MSTAT.0 регистра режима и статуса MSTAT (табл. 8.3.9) или команды DIS SEC_REG, ENA SEC_REG.

табл. 8.3.9

Путем установки бита AR_SAT = 1 (позиция MSTAT.3 в регистре режима и статуса процессора) регистр результата AR переводится в режим насыщения, в котором его содержимое при переполнении (флаг AV = 1) фиксирует:

максимальное положительное число 0111111111111111, если флаг переноса AC = 0;
максимальное отрицательное число 1000000000000000, если AC = 1. Бит AV_LATCH = 1 (позиция MSTAT.2 в регистре режима и статуса процессора) позволяет установить режим «защелки». В этом режиме:
после переполнения АЛУ флаг AV остается поднятым (AV = 1) и в тех случаях, когда последующие команды не вызывают переполнения АЛУ;
флаг AV может быть очищен только прямой записью нуля в позицию ASTAT.2 регистра арифметического статуса ASTAT (табл. 8.3.8).

табл. 8.3.8

Определение понятия

Арифметико-логическое устройство — один из блоков процессора, управляемый УУ (устройством управления). Его предназначение: выполнение логических и арифметических преобразований над данными-операндами (аргументами операции, информацией, обрабатываемой программой). Разрядность операндов в данном случае — размер или длина машинного слова.

Современное многофункциональное АЛУ состоит сегодня из двух частей:

Операционное устройство.
Устройство управления. Проводит вторичную дешифрацию кодов команды, определяет операцию, выполняемую в арифметико-логическом устройстве.

, арифметико логическое устройство компьютера

Статьи к прочтению:

Базовая аппаратная конфигурация Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять…

В ходе развития и совершенствования вычислительной техники фундаментальные принципы устройства компьютеров (вычислительных машин) изменились мало. (Рис.)…

Статьи к прочтению:

Вопрос 10

Текстовый редактор и электронные таблицы – это … .

Сервисные программы
Прикладное программное обеспечение
Инструментальные программные средства
Системное программное обеспечение

Правильный ответ: Прикладное программное обеспечение

Содержание

Разработчик компьютера ENIAC, Джон фон Нейман, был первым создателем АЛУ. В 1945 году он опубликовал первые научные работы по новому компьютеру, названному EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Годом позже он работал со своими коллегами над разработкой компьютера для Принстонского института новейших исследований (IAS). Архитектура этого компьютера позже стала прототипом архитектур большинства последующих компьютеров. В своих работах фон Нейман указывал устройства, которые, как он считал, должны присутствовать в компьютерах. Среди этих устройств присутствовало и АЛУ. Фон Нейман отмечал, что АЛУ необходимо для компьютера, поскольку оно гарантирует, что компьютер будет способен выполнять базовые математические операции включая сложение, вычитание, умножение и деление

АЛУ состоит из регистров, сумматора с соответствующими логическими схемами и элемента управления выполняемым процессом. Устройство работает в соответствии с сообщаемыми ему именами (кодами) операций, которые при пересылке данных нужно выполнить над переменными, помещаемыми в регистры.

Арифметико-логическое устройство функционально можно разделить на две части :

микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);
операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

Рисунок 1 — Структурная схема арифметико-логического устройства

Структурная схема АЛУ и его связь с другими блоками машины показаны на рисунке 1. В состав АЛУ входят регистры Рг1 — Рг7, в которых обрабатывается информация , поступающая из оперативной или пассивной памяти N1, N2, . NS; логические схемы, реализующие обработку слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления.

Закон переработки информации задает микропрограмма , которая записывается в виде последовательности микрокоманд A1,A2, . Аn-1,An. При этом различают два вида микрокоманд: внешние, то есть такие микрокоманды, которые поступают в АЛУ от внешних источников и вызывают в нем те или иные преобразования информации (на рис. 1 микрокоманды A1,A2. Аn), и внутренние, которые генерируются в АЛУ и воздействуют на микропрограммное устройство, изменяя естественный порядок следования микрокоманд. Например, АЛУ может генерировать признаки в зависимости от результата вычислений: признак переполнения, признак отрицательного числа, признак равенства 0 всех разрядов числа др. На рис. 1 эти микрокоманды обозначены р1, p2. рm.

Результаты вычислений из АЛУ передаются по кодовым шинам записи у1, у2, . уs, в ОЗУ. Функции регистров, входящих в АЛУ:

Рг1 — сумматор (или сумматоры) — основной регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений;
Рг2, РгЗ — регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в зависимости от выполняемой операции);
Рг4 — адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания (иногда и формирования) адреса операндов и результата;
Ргб — k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;
Рг7 — i вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть операционных регистров является программно-доступной, то есть они могут быть адресованы в команде для выполнения операций с их содержимым. К ним относятся : сумматор, индексные регистры, некоторые вспомогательные регистры.

Остальные регистры программно-недоступные, так как они не могут быть адресованы в программе. Операционные устройства можно классифицировать по виду обрабатываемой информации, по способу обработки информации и логической структуре.

АЛУ может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевскими (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными (16 бит). В АЛУ выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования «операция/ режим адресации» базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.

Содержание

Арифметико-логическое устройство функционально можно разделить на две части :

микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);
операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

Рисунок 1 — Структурная схема арифметико-логического устройства

Рг1 — сумматор (или сумматоры) — основной регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений;
Рг2, РгЗ — регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в зависимости от выполняемой операции);
Рг4 — адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания (иногда и формирования) адреса операндов и результата;
Ргб — k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;
Рг7 — i вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Цифровой логический уровень

Цифровой логический уровень по сути представляет собой набор логических функций, которые взаимодействую между собой для выполнения большей задачи. Вся работа этого уровня заключается в двух базовых концепциях: вентили и булева алгебра. Сначала я расскажу про них, а дальше про логические схемы и то как они используются при разработке, и в заключении, то что из себя представляет память и как она реализуется.

Вентиль (рис. 1.0) является устройством, которое принимает входные сигналы и выдает выходные, сам он реализован на транзисторах (об их работе я рассказывать не буду). Вентили используются на данном уровне как «строительный» материал, чтобы представлять базовые логические операции, а дальше уже идет их комбинирование для реализации тех или иных схем, то есть смысл данного уровня заключается в построении переиспользуемых схем, а не о работе вентилей (и транзисторов); дальше уже на основе этих схем могут быть построены более сложные и узкоспециализированные схемы, например, целые модули памяти, различная логика, например, для того как будут взаимодействовать компоненты CPU на уровне микроархитектуры и тд.

Рисунок 1.0. Изображение вентилей.

Таблица 1.0. Таблица истинности для основных операций.

A	B	И	И-НЕ	ИЛИ	ИЛИ-НЕ	ИСК-ИЛИ
0	0	0	1	0	1	0
0	1	0	1	1	0	1
1	0	0	1	1	0	1
1	1	1	0	1	0	0

Производители CPU

На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.

Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.

Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.