Unitatea logică aritmetică pe 8 biți (ALU) poate efectua operații aritmetice de adăugare, scădere, multiplicare și divizare; ȘI, OR, exclusiv OR, precum și schimbare ciclică, resetare, inversare și altele asemenea. Înregistrările inaccesibile de software T1 și T2, destinate stocării temporare a operanților, schema de corecție zecimală (DCU) și schema de formare a semnelor de rezultat al funcționării (PSW) sunt conectate la intrări.
O caracteristică importantă a ALU este capacitatea sa de a opera nu numai octeți, ci și biți. Se pot seta, reseta, inversa, transmite, testa și utiliza operațiunile logice individuale. Această abilitate este suficient de importantă, deoarece algoritmii care conțin operații pe variabilele booleene de intrare și ieșire sunt adesea folosite pentru a controla obiectele, implementarea cărora prin intermediul microprocesoarelor convenționale implică anumite dificultăți.
I / O (BB) este transferul de date între miezul computerului, care include un microprocesor și memoria principală și dispozitive externe (VU). Acesta este singurul mijloc de interacțiune dintre computer și "lumea din afară", iar arhitectura explozivilor (modurile de operare, formatele de comandă, caracteristicile de întrerupere, rata de schimb etc.) afectează în mod direct eficiența întregului sistem. Pe parcursul evoluției calculatorului, subsistemul BB a suferit cele mai mari modificări datorită extinderii domeniului de utilizare a computerelor și apariției unor noi dispozitive externe. Un rol deosebit de important îl au explozivii din computerele de control. Dezvoltarea hardware-ului și software-ului pentru explozivi este cea mai dificilă etapă în proiectarea noilor sisteme informatice, iar capabilitățile mașinilor din seria BB sunt unul dintre parametrii importanți care determină alegerea unei mașini pentru o anumită aplicație.
Să luăm în considerare o caracteristică a realizării dispozitivului aritmetic-logic al unui calculator pe un exemplu de proiectare a ALU pentru efectuarea operațiilor logice. Un computer clasic este compus din trei dispozitive principale: un dispozitiv logic aritmetic, un dispozitiv de control și un dispozitiv de stocare. Să luăm în considerare particularitatea structurii unui dispozitiv aritmetic-logic. În calculatoarele moderne, dispozitivul logic aritmetic nu este o unitate independentă de circuite. Este parte a microprocesorului pe care este construit computerul. Cu toate acestea, cunoașterea structurii și a principiilor muncii UMA este foarte importantă pentru înțelegerea muncii computerului în ansamblu.
În sistemul microprocesor există un dispozitiv logic aritmetic pentru efectuarea operațiilor logice pe numere (operanzi, cuvinte) efectuate în partea principală a procesorului - unitatea logică aritmetică (ALU)
Toate operațiunile aritmetice cu două numere (adunare, scădere, înmulțire, divizare) sunt reduse în ALU la operația de adăugare sau scădere.
Structura simplificată a calculatorului conține următoarele dispozitive principale: unitate logică aritmetică, memorie, dispozitiv de comandă, dispozitiv de introducere a datelor în mașină, un dispozitiv pentru ieșirea rezultatelor de calcul din acesta și un panou de control manual.
În acest proiect curs vom lua în considerare funcționarea unei unități logice aritmetice multifuncționale (ALU). ALU pentru efectuarea operațiunilor logice, ele servesc pentru a efectua transformări aritmetice și logice peste cuvinte, numite operanzi în acest caz, precum și operații aritmetice.
Viteza ALU determină în mare măsură performanța procesorului.
Scopul acestui curs este de a studia și principiul dispozitivului logic aritmetic pentru efectuarea operațiilor logice.
Principalele sarcini sunt:
1. explorați dispozitivul logic aritmetic pentru efectuarea operațiilor logice;
2. Furnizați o denumire grafică condiționată a cipului de înregistrare, care face parte din unitatea logică aritmetică;
3. descrie principiul dispozitivului aritmetic-logic;
4. să ia în considerare schema logică a registrului;
5. să analizeze principiul înregistrării, citirii și stocării informațiilor în registru;
6. să indice pe diagramă semnalele transmise la intrările de informații din registru; specificați numerele și tipurile de intrări la care sunt trimise semnale de control în modul de înregistrare; indicați pe ieșiri un număr binar fixat în registru după efectuarea unei deplasări la stânga la 4 cifre; specificați numărul de intrări la care sosesc impulsurile de forfecare;
7. să analizeze funcționarea numărătorului care intră în unitatea logică aritmetică;
8. să construiască circuitul logic al șirului;
9. descrieți principiul adderului
1. DESCRIEREA DISPOZITIVULUI ARIMMETIC-LOGIC
Unitatea logică aritmetică (ALU) - partea centrală a procesorului, care efectuează operații aritmetice și logice.
UAV constă din registre, un adder cu circuitele logice corespunzătoare și un element de control al procesului de execuție. Dispozitivul funcționează în conformitate cu numele (codurile) de operațiuni care îi sunt comunicate, care, la trimiterea datelor, trebuie efectuate pe variabilele plasate în registre.
Dispozitivul aritmetic-logic poate fi împărțit în două părți:
a) un dispozitiv de microprogram (dispozitiv de control) care specifică secvența de microcomenzi (comenzi);
b) unitatea de operare (ALU), în care este implementată o anumită secvență de microcomenzi (comenzi).
Figura. 1 diagramă bloc a ALU
Schema structurală ALU și legătura acesteia cu alte unități ale mașinii sunt prezentate în figura 1. ALU constă din registrele Pr1-Pr7, în care sunt procesate informațiile provenite din memoria operațională sau pasivă N1, N2. NS; schemele logice care implementează procesarea de cuvinte pe microcomenzi provenind de la dispozitivul de control.
Act seturi de prelucrare a informației firmware care este înregistrată ca o secvență de microinstrucțiuni A1, A2. An-1, An. În acest caz, există două tipuri de microinstrucțiuni: externe, adică astfel de microinstrucțiuni care intră ALU din surse externe și pot cauza sau o altă informație de conversie (.. Figura 1 microinstrucțiunilor A1, A2 până la An) și intern, care sunt generate în ALU și afectează dispozitivul microprogram, schimbând ordinea naturală a microcomenzilor. De exemplu, ALU poate genera indicații în funcție de rezultatul calculului: semn de preaplin, un semn al unui număr negativ, semnul egalității tuturor cifrelor din numărul 0, etc. In Fig .. 1 aceste microcomenzi sunt desemnate p1, p2. Pm.
2. DESCRIEREA REGISTRULUI
Sarcina utilizează registre universale, numărul cărora (n) poate fi determinat de numărul de ieșiri. În registrul k1500ir141 există 4 ieșiri, prin urmare registrul (n) este 4. Cipul k1500 și p141 este un registru format din 4 D-tigri. Ieșirile M01 și M02 vă permit să selectați unul dintre cele patru moduri de funcționare ale registrului: încărcarea datelor, stocarea datelor, deplasarea datelor spre stânga sau spre dreapta. Toate operațiunile (cu excepția spațiului de stocare) apar la marginea pozitivă a intrării ceasului C. Registrul are 2 intrări SIL consecutive (introducerea datelor pentru schimbare spre dreapta) și SIR (introducerea datelor pentru deplasarea spre stânga). Cu tensiuni ridicate la intrările M01 și M02, registrul stochează datele indiferent de semnalele de pe celelalte intrări. În mod convențional, desemnarea grafică a cipului k1500 și p141 este prezentată în figura 2.
Figura 2 - Convențional, desemnarea grafică a chipului k1500ir141 și desemnarea intrărilor și ieșirilor
Pentru acest cip există 2 moduri de înregistrare a informațiilor: serial și paralel. În cazul unei metode de înregistrare secvențială, semnalul V trebuie să fie redus, iar codul înregistrat trebuie să treacă la intrarea D0. Cu fiecare impuls de ceas M01, codul de intrare avansează o singură cifră în partea superioară a comenzii. Cu o metodă de înregistrare paralelă, codul este alimentat la intrările D4-D1. Înregistrarea se face într-o pauză între impulsurile de ceas M01 la V = 1 prin impulsul M02. Dacă după înregistrare numărul trebuie să fie schimbat, registrul este deplasat în modul de schimbare cu semnalul V = 0 și controlat de impulsurile M01. Cu condiția ca Q1 să fie ieșirea în ordine scăzută și Q4 este ordinea înaltă, informațiile din registru se vor deplasa spre stânga (schimbare inversă). Dar poate fi de asemenea transformat într-un registru de deplasare spre dreapta (schimbare directă). Pentru aceasta, efectuați următoarele conexiuni externe: D3 cu Q4, D2 cu Q3, D1 cu Q2. Codul este scris la intrarea D4 cu V = 1, iar ceasul de înregistrare M02 este controlat de registru. Astfel, în registrul considerat sunt îndeplinite condițiile ambelor schimburi directe și inverse. Registrul are ieșiri de la toate cifrele, ceea ce vă permite să citiți în timp codul înregistrat în forme secvențiale și paralele.
Figura 3 - Diagrama logică a registrelor k1500 și p141
Registrul k1500ir141 este universal (registru general), poate fi folosit pentru stocarea temporară a oricăror date, permițând totodată lucrul cu registrul în ansamblul său și separat și cu fiecare jumătate (registrele AN, BH, CH, DH - senior High) octeți, iar registrele AL, BL, CL, DL - low (Low) octeți corespunzători registrelor cu două octeți). Dar, de asemenea, registrul universal k1500 și p141 poate fi folosit ca registru special pentru anumite comenzi specifice programelor.
În această lucrare este necesar să se calculeze semnalele de ieșire ale cipului k1500 și p141 după ce semnalul binar 1110 este aplicat la intrare atunci când schimbarea spre stânga este de 4 locuri. Atunci când se deplasează spre stânga, operandul se deplasează la un nivel mai mare și semnalul 0 este setat în locul său. Procesul de schimbare este prezentat în Tabelul 2.
Tabelul 2 - procesul de deplasare la stânga la 4 cifre.
Comanda declanșatorului Q4 Q3 Q2 Q1
Numărul de schimburi 1 1 1 0
Număr după prima schimbare 1 1 0 0
Numărul după a doua schimbare 1 0 0 0
Numărul după a treia schimbare 0 0 0 0
Numărul după a patra schimbare 0 0 0 0
Rezultatul schimbării va fi un număr binar de 0000.