Размещено на http://www.allbest.ru/

Колледж коммерции, технологий и сервиса ФГБОУ ВО "Курский государственный университет"

АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО: НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

Базаров Н.

Научный руководитель: В.И. Негребецкая

Курск, Россия

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения арифметических и логических преобразований над числами и словами.

В АЛУ кроме классических арифметических операций, логического сложения и логического умножения двух слов выполняются сдвиги слов, преобразования кодов и некоторые другие операции.

Современные АЛУ выполняют:

· функции двоичной арифметики для данных в формате с фиксированной точкой;

· функции двоичной арифметики для данных в формате с плавающей точкой;

· функции арифметики двоично-десятичного представления данных;

· логические операций (в том числе сдвиги арифметические и логические);

· операции пересылки данных;

· работу с символьными данными;

· работу с графическими данными.

Основные характеристики АЛУ можно разделить на количественные и качественные.

Количественные характеристики определяют скорость выполнения операций, время выполнения одной операции, точность представления данных, количество выполняемых операций.

Среднюю скорость выполнения операций Vср. в АЛУ можно определить как отношение N(T) - количества операций, выполненных за отрезок времени Т к данному отрезку времени:

Vср = N(T)/T (1)

Среднее время, которое АЛУ тратит на выполнение операции равно:

Tср = 1/Vср (2)

Точность представления данных в АЛУ зависит от разрядной сетки АЛУ и выбранного формата данных.

К качественным характеристикам АЛУ относятся:

· структурные особенности АЛУ;

· форматы представления данных (с фиксированной или плавающей точкой);

· способы кодирования данных.

АЛУ можно классифицировать по ряду признаков, приведенных ниже.

1. Классификация по способу представления данных:

· с фиксированной запятой;

· с плавающей запятой.

2. Классификация по способу действия над операндами:

· последовательные АЛУ, где каждая операция выполняется последовательно над каждым разрядом;

· параллельные АЛУ, операция выполняется над всеми разрядами данных одновременно;

· последовательно - параллельные АЛУ, где слово данных делится на слоги, обработка данных ведется параллельно над разрядами слога и последовательно над слогами.

3. Классификация по использованию систем счисления:

· двоичная;

· двоично- десятичная;

· восьмеричная;

· шестнадцатеричная;

· и т.д.

4. Классификация по характеру использования элементов и узлов:

· блочные - для выполнения отдельных арифметических операций в структуру АЛУ вводят специальные блоки, что позволяет процесс обработки информации вести параллельно;

· конвейерные - в конвейерных АЛУ операция разбивается на последовательность микроопераций, выполняемых за одинаковые промежутки времени (такты) на разных ступенях конвейера, что позволяет выполнять операцию над потоком операндов каждый такт;

· многофункциональные - это универсальные АЛУ, выполняющие множество операций в одном устройстве. В таких АЛУ требуется настройка на выполнение данной операции при помощи кода операции.

5. Классификация по временным характеристикам.

По временным характеристикам АЛУ делятся на:

· синхронные - в синхронных АЛУ каждая операция выполняется за один такт.

· асинхронные - не тактируемые АЛУ, обеспечивающие высокое быстродействие, так как выполняются на комбинационных схемах.

6. Классификация по структуре устройства управления:

· АЛУ с жесткой логикой устройства управления;

· АЛУ с микропрограммным управлением.

Структура АЛУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структура АЛУ

Исходные данные (операнды) по командам УУ (см выше) считываются из ОЗУ в регистры первого и второго операндов (связь 1).

Из УУ в блок управления АЛУ поступает команда на выполнение той или иной операции (связь 2), которая передается им в операционную часть (связь 3). арифметический логический сложение умножение

В соответствии с этой командой операционная часть выполняет нужное действие с данными, которые выбираются из регистров первого и второго операндов (связь 6). Результат заносится в регистр результата (связь 4), откуда - в ОЗУ (связь 5).

Структура регистров АЛУ, куда помещаются исходные и результирующие данные, а также размер регистров (число двоичных разрядов t) формируют понятие разрядной сетки (далее - сетки), которое используется ниже.

Таким образом, структура АЛУ определяется набором микроопераций, необходимых для выполнения заданных арифметических, логических и специальных операций, а задачу построения АЛУ можно свести к задаче определения набора микроопераций, который позволяет составить микропрограмму любой из заданных операций. Такой набор легко получить, если записать микропрограммы всех операций, выполняемых в АЛУ, и выбрать из них все микрооперации, входящие в микропрограммы хотя бы один раз. Однако, если при этом алгоритм операций выбирать произвольно, то количество микроопераций, входящих в полный набор, может оказаться слишком большим и, следовательно, АЛУ будет сложным.

Для получения более простой схемы АЛУ алгоритмы арифметических и логических операций следует выбирать из условия получения минимального набора микроопераций. При этом необходимо учитывать требование обеспечения заданного быстродействия АЛУ: слишком ограниченный набор микроопераций может привести к "длинным микропрограммам некоторых операций", что увеличивает время выполнения данных операций.

Список использованных источников

1. Арифметико-логическое устройство [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/3565590/page:3/ Дата обращения: 07.02.2017

2. Арифметико-логическое устройство [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/60/60/lecture/1770%3Fpage%3D1 Дата обращения:07.02.2017

3. Арифметико-логическое устройство. Общие сведения, функции и классификация [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/716008/ Дата обращения: 07.02.2017

Размещено на Allbest.ru