Презентация на тему: Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое

Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое устройство
Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющий блоки.
Декомпозиция цифрового вычисли тельного устройства
Операционный блок
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводи мая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией.
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Операции, выполняемые в АЛУ можно разделить на следующие группы:
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Классификация АЛУ
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Синтез АЛУ проходит в несколько этапов.
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Алгоритм операции умножения чисел с фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Состав оборудования, необходимого для реализации АЛУ заданного типа для n = 4
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Временная диаграмма управляющих сигналов, поступающих на арифметико-логическое устройство
Работа схемы
Универсальные (АЛУ)
Условное обозначение АЛУ
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое
1/29
Средняя оценка: 4.3/5 (всего оценок: 57)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (206 Кб)
1

Первый слайд презентации: Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое устройство

Доцент кафедры ИТ Крюкова Л.В.

Изображение слайда
2

Слайд 2: Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющий блоки

2 Декомпозиция вычислительного устройства на операционный и управляющий блоки. Как показал акад. В. М. Глушков, в любом устройстве обработки цифровой информации можно выделить операционный и управляющий блоки. Такой подход упрощает проектирование, а также облегчает понимание процесса функционирования вычислительного устройства.

Изображение слайда
3

Слайд 3: Декомпозиция цифрового вычисли тельного устройства

3 Декомпозиция цифрового вычисли тельного устройства Рис 1. Операционные и управляю блоки цифрового устройства

Изображение слайда
4

Слайд 4: Операционный блок

4 Операционный блок состоит из регистров, сумматоров и других узлов, производящих прием из внешней среды и хранение кодов слов, их преобразование и выдачу во внешнюю среду результата преобразования, а также выдачу в управляющий блок и внешнюю среду оповещающих сигналов, принадлежащих к множеству:

Изображение слайда
5

Слайд 5

5 Процесс функционирования во времени устройства обработки цифровой информации состоит из последовательности тактовых интервалов, в которых операционный блок производит определенные элементарные операции преобразования слов. Операционный блок выполняет некоторый набор элементарных преобразований информации, например таких, как передача слова из одного в другой, взятие обратного кода, сдвиг и др. Выполнение этих элементарных операций инициируется поступлением в операционный блок соответствующих управляющих сигналов из некоторого множества сигналов

Изображение слайда
6

Слайд 6: Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводи мая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией

6 Элементарная функциональная операция, выполняемая за один тактовый интервал и приводи мая в действие управляющим сигналом, называется микрооперацией.

Изображение слайда
7

Слайд 7

7 В некоторые такты могут поступать несколько управляющих сигналов, вызывая параллельное во времени выполнение не скольких микроопераций. Такая совокупность микроопераций называется микрокомандой. В частности, микрокоманда может состоять из одной микрооперации.

Изображение слайда
8

Слайд 8

8 Управляющий блок (или управляю автомат) вырабатывает распределенную во времени последовательность управляющих сигналов порождающих в операционном блоке нужную последовательность микроопераций.

Изображение слайда
9

Слайд 9

9 Последовательность управляющих сигналов определяется сигналами Х кода операции, поступающими в управляющий блок извне, и сигналами У, зависящими от операндов и промежуточных результатов преобразований. Операционный блок задается его структурой, т.е. составом узлов и связями между ними, и выполняемым операционным блоком набором микроопераций.

Изображение слайда
10

Слайд 10

10 Последовательность микрокоманд, обеспечивающая выполнение данной операции (например, операции нормализации числа с плавающей точкой), называется микропрограммой данной операции. Функционирование вычислительного устройства может быть описано совокупностью реализуемых в нем микропрограмм. Это в ряде случаев удобный, хотя и не единственно возможный способ описания цифровых устройств.

Изображение слайда
11

Слайд 11: Арифметико-логическое устройство (АЛУ)

11 Арифметико-логическое устройство (АЛУ) В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство не является самостоятельным схемотехническим блоком. Оно входит в состав микропроцессора, на котором строится компьютер.

Изображение слайда
12

Слайд 12: ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

12 ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Общие сведения. Арифметическо-логические устройства (АЛУ) служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.

Изображение слайда
13

Слайд 13: Операции, выполняемые в АЛУ можно разделить на следующие группы:

13 Операции, выполняемые в АЛУ 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 алфавитно-цифровыми полями.

Изображение слайда
14

Слайд 14

14 Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции всех приведенных выше групп, а малые и микроЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют аппаратуры арифметики чисел с плавающей точкой, десятичной арифметики и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции выполняются специальными подпрограммами

Изображение слайда
15

Слайд 15

15 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 остается на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации.

Изображение слайда
16

Слайд 16: Классификация АЛУ

16 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: 1) для чисел с фиксированной точкой; 2) для чисел с плавающей точкой; З) 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 алфавитно-цифровыми полями выполняются в от дельных 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 комму тируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

Изображение слайда
17

Слайд 17

17 По своим функциям АЛУ является операционным блоком (см. рис 1), выполняющим микрооперации, обеспечивающие прием из других устройств (например, памяти) операндов, их пре образование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Работа АЛУ организуется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определенных микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

Изображение слайда
18

Слайд 18: Синтез АЛУ проходит в несколько этапов

18 Синтез АЛУ проходит в несколько этапов. В ыбрать метод, по которому предполагается выполнение операции, и составить алгоритм соответствующих действий. Определить набор составляющих АЛУ элементов, исходя из алгоритма и формата исходных данных. Определить связи между элементами, установить порядок функционирования устройства и временную диаграмму управляющих сигналов, которые должны быть поданы на АЛУ от устройства управления.

Изображение слайда
19

Слайд 19

19

Изображение слайда
20

Слайд 20: Алгоритм операции умножения чисел с фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя

20 Алгоритм операции умножения чисел с фиксированной запятой, заданных в прямом коде, со старших разрядов множителя

Изображение слайда
21

Слайд 21

21 Каждой переменной, представленной в алгоритме, в схеме должен соответствовать элемент хранения. Разрядность модуля произведения равна сумме разрядностей сомножителей. Умножение двоичного числа на 2-i обеспечивается сдвигом этого числа вправо на соответствующее количество разрядов. Переход к анализу очередного разряда множителя (i = i + 1) может быть обеспечен сдвигом регистра множителя на один разряд в сторону старших разрядов.

Изображение слайда
22

Слайд 22: Состав оборудования, необходимого для реализации АЛУ заданного типа для n = 4

22 Состав оборудования, необходимого для реализации АЛУ заданного типа для n = 4 Схема Разрядность Функции Управляющий сигнал Регистр модуля множимого RGX 8 Загрузка. Сдвиг в сторону младших разрядов. УС1 УС2 Регистр модуля множителя RGY 4 Загрузка. Сдвиг в сторону старших разрядов. УС3 УС4 Регистр модуля результата RGZ 8 Загрузка. Установка в "0". УС5 УС6 Триггер знака множимого TX Загрузка УС7 Триггер знака множителя TY Загрузка УС8 Триггер знака результата TZ Загрузка УС9 АЛУ 8 Комбинационный сумматор – Комбинационные схемы Получение на входе АЛУ сигналов "0" или RGX в зависимости от значения y i – Таблица 1.

Изображение слайда
23

Слайд 23

23 Структурная схема арифметического устройства для выполнения операции умножения со старших разрядов множителя чисел, заданных в прямом коде.

Изображение слайда
24

Слайд 24: Временная диаграмма управляющих сигналов, поступающих на арифметико-логическое устройство

24 Временная диаграмма управляющих сигналов, поступающих на арифметико-логическое устройство

Изображение слайда
25

Слайд 25: Работа схемы

25 Работа схемы Такт 1. Загрузка модулей операндов в регистры RGX, RGY, а их знаков – в триггеры TX и TY. Сброс в "0" регистра результата RGZ. Такт 2. Запись знака результата в триггер TZ. Такт 3. Сдвиг регистра RGX на один разряд вправо. Через время, равное задержке на переключение регистров и комбинационных схем, на выходе комбинационного сумматора и, следовательно, на входе регистра RGZ устанавливается результат 0+y1• |X|•2-1. Такт 4. Загрузка RGZ: |Z|=|Z|+y1• |X|•2-1. Такт 5. Сдвиг RGX на 1 разряд вправо: |X| = |X|•2-1. Сдвиг RGY на 1 разряд влево: i=i+1. Устройство управления проверяет условие окончания операции: i > n. Такты (6,7), (8,9), (10,11)... Повтор действий тактов (4,5) с анализом других значений yi. В такте 10 в регистре RGZ формируется модуль произведения. Такт 11 используется лишь для определения условия окончания операции умножения.

Изображение слайда
26

Слайд 26: Универсальные (АЛУ)

26 Универсальные (АЛУ) Выполняют арифметические и логические операции над двумя операндами. Основой АЛУ служит сумматор, схема которого дополнена логикой, расширяющей функциональные возможности АЛУ и обеспечивающей перестройку с одной операции на другую. Обычно АЛУ четырех разрядные и для наращивания разрядности объединяются.

Изображение слайда
27

Слайд 27: Условное обозначение АЛУ

27 Условное обозначение АЛУ Перечень выполняемых АЛУ операций дан в табл..

Изображение слайда
28

Слайд 28

28 В ИС имеются входы операндов А и В, входы выбора операций, вход переноса С из младшего разряда и вход М, сигнал которого задает тип выполняемых операций: логические (М= 1) или арифметико-логические (М=О). Результат операции вырабатывается на выходах Е. Выходы С и Н используются для организации параллельных переносов при наращивании разрядности обрабатываемых слов. Сигнал С —- выход ной перенос в старший разряд, а выход «А = В» выход, равный «1» при условии А = В.

Изображение слайда
29

Последний слайд презентации: Аппаратные средства ВТ Узлы и блоки ЭВМ Лекция 1 Арифметико-логическое

29 При операциях над словами большой разрядности АЛУ соединяются друг с другом с организацией последовательных и параллельных переносов. Соединение микросхем АЛУ в первом случае аналогично соединению сумматоров в схеме с последовательным переносом: выход С предыдущей микросхемы соединяется с входом С, последующей. Если используется организация с параллельными переносами, то совместно с АЛУ применяют специальные микросхемы — блоки ускоренного переноса. Один блок ускоренного переноса обеспечивает анализ специальных вспомогательных сигналов Си II, формируемых всеми микросхемами АЛУ, и формирование для них сигналов переноса С, Сигналы переноса в старший разряд С при этом не используются.

Изображение слайда