Структура арифметико-логического устройства (АЛУ) и принцип микропрограммного управления

Структура АЛУ состоит из двух основных частей: операционной (ОЧ) и управляющей (УЧ), представленных на рис. 16.1:

Операционная часть (ОЧ) состоит из сумматоров, регистров, счетчиков, устройств приема входных данных, устройств обработки и выдачи результатов обработки, т.е. ОЧ – это цифровой автомат. На вход ОЧ поступают операнды из оперативной памяти, которые участвуют в операции. Отдельные компоненты устройств (сумматор, регистры, шифраторы, мультиплексоры) соединены между собой согласно схемам выполнения предусмотренных операций. Эти соединения выполнены через вентили (логические схемы И).

Управляющая часть (УЧ) вырабатывает управляющие сигналы у ₁, у ₂, …, у_n, которые поступают на определенные устройства ОЧ для выполнения элементарных операций по ее обработке. Элементарная операция, выполняемая за один такт машинного времени под воздействием одного управляющего сигнала, называется микрооперацией. Примерами микроопераций могут служить следующие элементарные действия:

· сброс (очистка) регистра,

· занесение числа в регистр,

· сдвиг числа в регистре,

· подача числа на вход сумматора,

· передача результата с сумматора на регистр,

· инвертирование числа в регистре и т.д.

Один управляющий сигнал (у_i) может одновременно поступать в несколько точек управления. Это также одна микрооперация. Реализация многих арифметических и логических операций требует одновременного выполнения нескольких независимых элементарных действий. В этих случаях формируется несколько управляющих сигналов. Совокупность управляющих сигналов, формируемых и используемых одновременно, составляет микрокоманду (МК):

МК = Y = y ₁, y ₂,… y_i,…, y_n.

Для выполнения большинства арифметических операций необходима подача в ОЧ серии микрокоманд, распределенных по времени. Последовательность микрокоманд, определяющих выполнение одной арифметической или логической операции, составляет микропрограмму (МП) выполнения соответствующей операции. Микрокоманды передаются в операционную часть из УЧ, которая служит для формирования МК. МК формируются в УЧ и передаются в ОЧ.

В общем случае, микропрограмма может иметь последовательные участки МК и ветвления. Обработка ветвлений (выбор последующей МК) зависит от значений признаков р _1, р _2, …, р_к в регистрах операционной части. Примерами таких могут служить знаковые разряды или сигналы переносов.

Признаки из ОЧ поступают в УЧ для обработки ветвлений в микропрограммах при формировании микрокоманд: Р = { р ₁, р ₂, …, р_j, …, р_к }.

АЛУ проектируется на выполнение определенной совокупности арифметических и логических операций. Если количество операций, реализуемых АЛУ, больше одной, то УЧ содержит входы кода операции (КОп): (a₁, … a _k, …a _m). Код операции настраивает УЧ на выполнение определенной операции.

Сигналом начала выполнения операции в АЛУ служит стартовый сигнал Z (смотри рисунок). По стартовому сигналу выполняется одна операция.

Как правило, временные этапы выполнения микрокоманд синхронизируются временными сигналами СИ. Устройства обработки данных с синхронизацией выполнения отдельных этапов обработки называются синхронными.

Поиск по сайту: