Что является результатом работы алу
Что такое арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Что такое АЛУ? Арифметико-логическое устройство, одна из составляющих процессора. В статье мы приглашаем вас узнать принципы его действия, историю создания, основные характеристики, выполняемые операции, существующие классификации АЛУ.
Определение понятия
Современное многофункциональное АЛУ состоит сегодня из двух частей:
Набор выполняемых операций
Важно знать, какие операции должно исполнять АЛУ для того, чтобы обладать функциональной полнотой. Как правило, хватает четырех:
Если мы обратимся к первым арифметико-логическим устройствам, то увидим, что количество выполняемых ими операций ограничивалось 16-ю. Современные АЛУ способны выполнять сотни! Кстати, число операций и сегодня является важнейшей характеристикой данных устройств.
Классификация АЛУ
По способу представления информации:
По способу действий с операндами:
По применению систем исчисления:
По особенностям использования узлов и элементов:
По временным характеристикам:
По характеристике устройства управления:
Основные функции
Арифметико-логическое устройство является составной частью процессора компьютера. АЛУ будет выполнять следующие функции:
Главные количественные характеристики
Составные части арифметико-логического устройства (ОУ и УУ) определяют количественные характеристики всей системы АЛУ. В частности, это следующее:
Главные качественные характеристики
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является составной частью процессора. Это определяет его важнейшие качественные характеристики:
История возникновения
Создателем арифметико-логических устройств считается Джон фон Нейман, разработчик компьютеров ЭНИАК (электронных числовых вычислителей).
Архитектура этого изобретения («архитектура фон Неймана») в дальнейшем стала базой, прототипом архитектур и большей части последующих компьютеров. В своих работах ученый указывал на наличие устройств, которые, по его мнению, являются обязательными для каждого компьютера. Среди них было упомянуто АЛУ. Фон Нейман считал, что арифметико-логическое устройство необходимо, потому что позволяет выполнять системе математические базовые операции. Как то: сложение и вычитание, умножение и деление.
Внутреннее устройство АЛУ
Мы уже разобрали, что условно АЛУ можно разделить на две части:
При этом условно состав АЛУ также подвергается следующей градации:
Сами микрокоманды делятся на две категории:
Функции регистров АЛУ
Чтобы иметь представление о работе АЛУ, нам нужно поближе познакомиться с функциями его регистров:
Теперь предлагаем вам обратиться к конкретным алгоритмам работы АЛУ.
Операция сложения
Функционально арифметико-логическое устройство будет состоять из Регистра 1, Регистра 2, сумматора и схемы управления.
Теперь распишем арифметическую операцию по тактам:
Операция вычитания
Давайте рассмотрим выполнение еще одной простой арифметической операции:
Операции в устройстве
Работа арифметико-логического устройства
Арифметико-логическое устройство является основой не только микропроцессора (МП), но и любого другого устройства с программируемой логикой, которое предназначено для обработки информации. Современные ЭВМ используют МП (и соответственно АЛУ) с очень большими значениями разрядности, быстродействия, числа регистров и т.п. Рассмотреть работу АЛУ легче при более простых схемах. При анализе архитектуры МП будем считать, что его АЛУ по своим функциональным возможностям, разрядности и набору входов и выходов соответствует стандартному 4-разрядному АЛУ, условное обозначение которого приведено на рис. 9.7. Это АЛУ содержит две входные (A и В) и одну выходную (F) 4-разрядные шины. Информация, поступающая по входным шинам, обрабатывается в соответствии с набором управляющих сигналов, подаваемых на управляющие входы АЛУ М, S1, S2, S3,S0). Результат обработки появляется на выходной шине.
Вход С служит для приема сигнала переноса, а на выходе переноса С4 образуется сигнал старшего разряда при выполнении арифметических действий, с выхода А = В подается сигнал о равенстве входных двоичных слов А и В при поразрядном сравнении. Этот выход позволяет использовать данную микросхему АЛУ в качестве компаратора. Дополнительные выходы G (образования ускоренного переноса) и Р (распространения ускорения ускоренного переноса) используются при организации многоразрядных АЛУ. Реализуемые в АЛУ операции представлены в табл.
Другим важным узлом МП является набор регистров общего назначения (РОН), часто называемый сверхоперативным запоминающим устройством (СОЗУ). В РОН хранятся информационные слова, подлежащие обработке в АЛУ, результаты обработки информации в АЛУ и управляющие слова. Обращение к РОН — адресное. Эти регистры допускают считывание и запись информации, поэтому содержат входную и выходную шины, адресную шину и управляющий вход, информация на котором задает режим работы (запись, хранение или чтение информации).
Рассмотрим упрощенную структурную схему обрабатывающей части МП (рис. 9.8). При этом не будем указывать управляющие входы, что позволит обратить основное внимание на функциональные характеристики системы при передаче и обработке данных. Содержимое любого регистра общего назначения РОН может быть передано на буферный регистр БР и регистр сдвига PC. Арифметико-логическое устройство АЛУ может выполнять указанные в табл. логические и арифметические операции над содержимым обоих регистров; результат может быть записан в любой из РОН. При подаче соответствующих управляющих сигналов возможны, например, следующие операции: передача данных из одного РОН в другой путем пересылки выбранного из первого РОН слова транзитом через БР и АЛУ во второй РОН; увеличение или уменьшение на единицу содержимого любого РОН путем изменения в АЛУ выбранного из РОН значения на единицу и засылки полученного результата в тог же регистр; сдвиг содержимого любого РОН путем передачи выбранного числа в PC, сдвига этого числа и записи через АЛУ в тот же РОН.
Рис. 9.8. Упрощенная структурная схема обрабатывающей части микропроцессора
Очевидно, что для выполнения этих и других операций в АЛУ, РОН и вспомогательные регистры БР и PC должны подаваться определенные управляющие сигналы, причем важное значение имеет распределение этих сигналов во времени. Например, для передачи данных из одного РОН в другой требуются два такта:
такт 1 — адресация РОН, выборка содержимого РОН, прием выбранного слова в БР;
такт 2 — адресация РОН, запись в РОН информации, переданной на вход РОН через АЛУ.
Тактовые сигналы могут поступать от тактового генератора. Максимально возможная частота, а значит, и время выполнения операций, будут определяться задержкой сигналов на различных компонентах схемы.
В современных микропроцессорах АЛУ является только частью микросхемы сверхбольшой интеграции. Но среди микросхем просто большой интеграции имеются специальные микросхемы специализированного назначения, которые так и называются — арифметико-логические устройства. Примерами таких микросхем являются К155ИПЗ и 564ИПЗ.
Микросхема К155ИПЗ (рис. 9.9) предназначена для действий с двумя 4-разрядными двоичными словами: 
Конкретный вид операции, выполняемой микросхемой, задается 5-разрядным кодом, подаваемым на входы 
Всего это АЛУ способно выполнить 32 операции: 16 логических (И, ИЛИ, И —НЕ, ИЛИ —НЕ, исключающее ИЛИ и др.) и 16 арифметических и арифметико-логических (сложение, вычитание, удвоение, сравнение чисел и др.). Операции сложения и вычитания проводятся с ускоренным переносом из разряда в разряд. Кроме того, имеется вход приема сигнала переноса Сi.
На выходах F3, F2, F1 F0 формируются результаты логических преобразований и арифметических действий. На выходе переноса С4 образуется сигнал старшего (пятого) разряда при выполнении арифметических операций. Дополнительные выходы Р и G используются только при организации многоразрядных АЛУ в случае их сочетания с блоком ускоренного переноса.
Слова А и В, подлежащие обработке, могут быть представлены в положительной или отрицательной логике, но таблицы истинности для каждого варианта логики отличаются друг от друга.
Старший разряд кода выбора операции (вход М) определяет характер действий, выполняемых АЛУ. При М= 1 АЛУ производит логические операции поразрядно над каждой парой бит слои А и В.
3 учебный вопрос: «Устройство управления»
Назначение устройства управления
Процессор является главной частью цифровой ЭВМ не только потому, что именно в нем выполняется сам процесс обработки информации, но и потому, что он управляет в ходе этого процесса работой других частей машины — в первую очередь, устройствами ввода и вывода и запоминающими. Самому процессору также требуется управление.
Процессор является конечным автоматом и в общем случае его можно представить в виде некоторого цифрового устройства, состоящего из двух частей: операционной и управляющей (рис.). В операционной части совершаются элементарные действия по обработке информации: запись слов в регистры; передача слов из регистра в регистр; сдвиг содержимого регистров влево или вправо; определение состояния регистров; инвертирование содержимого регистров; логические операции при поразрядном сравнении содержимого регистров и т.д. Все эти операции производятся под воздействием сигналов управляющей части процессора и синхронизируются тактовыми сигналами.
Элементарные преобразования информации, выполняемые в течение одного такта сигналов синхронизации, называются микрооперациями.
В течение одного такта сигналов синхронизации могут выполняться несколько микроопераций (в разных элементах операционной части). Совокупность микроопераций, выполняемых одновременно в течение одного такта, называется микрокомандой, а весь набор раз личных микрокоманд — микропрограммой.
Поскольку управляющее цифровое устройство определяет всю последовательность выполнения микрокоманд, т.е. микропрограмму, оно называется микропрограммным автоматом. Для выработки управляющих сигналов при выполнении некоторых микрокоманд такому автомату могут потребоваться сигналы о состоянии операционной части или внешние сигналы.
Для построения микропрограммного автомата используются принципы схемной (аппаратной) и программируемой логики, а методы управления процессором разделяют на аппаратные и программные.
На верхнем уровне системы управления (решение задач и функционирование операционной системы) используется программный метод. На нижнем уровне (например, ввод сигналов с клавиатуры, кодирование аналоговых сигналов) часто используется аппаратный метод.
 |
Рис. Схема взаимодействия операционной и управляющей частей процессора
Для фиксации алгоритмов управления существуют два основных способа: с помощью управляющих автоматов и с помощью управляющих кодов в запоминающем устройстве (ЗУ).
Оба способа в конечном счете обеспечивают образование необходимой последовательности микрокомандных сигналов, т.е. микропрограмм. Вэтом смысле указанные способы равнозначны, однако конструктивные отличия обусловливают различные области их применения.
Первый способ, называемый аппаратным, применяется, как правило, во всех ЭВМ. Он наиболее эффективен для управления несложными, но часто встречающимися операциями. Второй способ, называемый обычно микропрограммным, получает все большее распространение и особенно эффективен для управления сложными операциями типа встроенных процедур. Обычно оба этих способа сочетаются, а распределение управляющих воздействий мри каждом из них выбирают таким образом, чтобы обеспечить высокое быстродействие и оптимальную организацию вычислительного процесса.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Что такое АЛУ? Арифметико-логическое устройство, одна из составляющих процессора. В статье мы приглашаем вас узнать принципы его действия, историю создания, основные характеристики, выполняемые операции, существующие классификации АЛУ.
Определение понятия
Вам будет интересно: Эльбрус или Байкал: какой российский процессор лучше?
Современное многофункциональное АЛУ состоит сегодня из двух частей:
Набор выполняемых операций
Важно знать, какие операции должно исполнять АЛУ для того, чтобы обладать функциональной полнотой. Как правило, хватает четырех:
Вам будет интересно: Интерфейс RS 485: описание
Если мы обратимся к первым арифметико-логическим устройствам, то увидим, что количество выполняемых ими операций ограничивалось 16-ю. Современные АЛУ способны выполнять сотни! Кстати, число операций и сегодня является важнейшей характеристикой данных устройств.
Классификация АЛУ
По способу представления информации:
По способу действий с операндами:
По применению систем исчисления:
По особенностям использования узлов и элементов:
Вам будет интересно: GeForce GT 720M: обзор, характеристики и отзывы
По временным характеристикам:
По характеристике устройства управления:
Основные функции
Арифметико-логическое устройство является составной частью процессора компьютера. АЛУ будет выполнять следующие функции:
Главные количественные характеристики
Составные части арифметико-логического устройства (ОУ и УУ) определяют количественные характеристики всей системы АЛУ. В частности, это следующее:
Главные качественные характеристики
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является составной частью процессора. Это определяет его важнейшие качественные характеристики:
История возникновения
Создателем арифметико-логических устройств считается Джон фон Нейман, разработчик компьютеров ЭНИАК (электронных числовых вычислителей).
Архитектура этого изобретения («архитектура фон Неймана») в дальнейшем стала базой, прототипом архитектур и большей части последующих компьютеров. В своих работах ученый указывал на наличие устройств, которые, по его мнению, являются обязательными для каждого компьютера. Среди них было упомянуто АЛУ. Фон Нейман считал, что арифметико-логическое устройство необходимо, потому что позволяет выполнять системе математические базовые операции. Как то: сложение и вычитание, умножение и деление.
Внутреннее устройство АЛУ
Мы уже разобрали, что условно АЛУ можно разделить на две части:
При этом условно состав АЛУ также подвергается следующей градации:
Сами микрокоманды делятся на две категории:
Функции регистров АЛУ
Чтобы иметь представление о работе АЛУ, нам нужно поближе познакомиться с функциями его регистров:
Теперь предлагаем вам обратиться к конкретным алгоритмам работы АЛУ.
Операция сложения
Функционально арифметико-логическое устройство будет состоять из Регистра 1, Регистра 2, сумматора и схемы управления.
Теперь распишем арифметическую операцию по тактам:
Операция вычитания
Давайте рассмотрим выполнение еще одной простой арифметической операции:
Операции в устройстве
Блог Евгения Крыжановского
Я научу вас ремонтировать свой компьютер!
АЛУ: расшифровка, определение и принцип работы
Как все мы знаем из школьного курса информатики, в основе любого CPU лежит четыре основные составляющие: арифметико-логического устройства или сокращенно АЛУ, модуля ввода-вывода, а также блока управления и памяти.
Эта архитектура была разработана величайшим математиком всех времен и народов Джоном фон Найманом и легла в основу первого созданного центрального процессора. С тех пор CPU претерпел множество доработок и модернизаций, однако, базовый принцип его построения остался нетронутым.
Определение
АЛУ — это один из узлов ЦП, который отвечает за реализацию всех логических и арифметических преобразований различных уровней сложности, которые протекают в электронно-вычислительной машине. В качестве выполняемых операций используются операнды, длина которых соответствует длине слова или его размеру.
Главным предназначением этого узла является обработка данных, которые находятся в оперативно запоминающем устройстве компьютера. Помимо этого, АЛУ генерирует управляющие сигналы, которые являются для электронно-вычислительной машины своего рода инструкциями, указывающими что необходимо делать с определенным набором данных. Каждая из операций, происходящих в процессоре, выполняется при помощи электронных схем, которые могут состоять из нескольких тысяч электронных элементов, установленных очень плотно друг к другу.
Поступающие на вход АЛУ электронные сигналы генерируют определенный тип обработки данных, выраженных в двоичной системе исчисления. Всего существует четыре разновидности заданных типов действий, которыми способен работать этот узел центрального процессора. Таким образом, количество базовых операций является основной характеристикой этого узла процессора.
В свою очередь, для выполнения определенной операции с данными, в АЛУ реализовано четыре элемента, на каждый из которых возложено выполнение определенных задач: управление, передача, хранение и преобразование данных, поступающих на вход узла из оперативной памяти.
Узлы хранения
К этой составляющей относятся следующие электронные элементы:
— триггеры, отвечающие за хранение вспомогательных данных и конечных результатов, необходимых для выполнения различных процессов;
— регистры, основным предназначением которых является сохранение целостной структуры аргументов операций промежуточных и конечных результатов.
В некоторых случаях совокупность регистров может выступать в качестве блока памяти, а триггеры — в качестве общего регистра состояния.
Узлы передачи
Составляющей этого узла центрального процессора являются:
— шины, отвечающие за объединение блоков АЛУ и их обоюдное взаимодействие;
— мультиплексоры и вентили, благодаря которым задается нужное направление выполняемых преобразований.
Узлы преобразования
Элементами этого узла выступают:
— сумматоры, отвечающие за выполнение микроопераций;
— сдвигатели;
— схемы выполнения логических операций;
— корректоры для десятичной арифметики;
— преобразователи кода, которые принимают участие в операциях с обратными и дополнительными данными, которые могут потребоваться в процессе преобразования;
— счетчики, осуществляющие подсчет завершенных циклов преобразования данных.
Узлы управления
Основными элементами узла управления являются:
— контрольный блок;
— дешифратор сигналов;
— схемы преобразования логических признаков, которые формируют ветви выполнения заданных команд.
Принцип работы
В процессе работы CPU, в рассматриваемом нами узле создаются электронные сигналы, подаваемые на другие узлы ЦП строго в определенной последовательности, которые необходимы для выполнения поставленной задачи. Этот процесс осуществляется поэтапно и состоит из нескольких тактов.
Управляющее устройство отвечает за выполнение программ в автоматическом режиме, однако, в процессе его работы могут применяться прерывания, необходимые для вовлечения в работу прочих узлов процессора. Работа устройства управления возможно благодаря основному принципу микропрограммирования, который обладает определенным набором характеристик.
Разновидности арифметико-логического устройства
В зависимости от принципа работы и метода обработки массивов данных АЛУ можно разделить на две категории: последовательные и параллельные. Эти категории различаются методами представления элементов операций и их реализации.
Помимо этого, существует еще классификация АЛУ по характеру использования, в которой этот узел подразделяется на блочные и многофункциональные. Для первого типа характерно распределение данных по однотипным блокам и последующее их выполнение. В процессе работы второго типа для обработки данных задействуются все имеющиеся микросхемы, которые, в свою очередь, могут приспосабливаться под различные типы данных. За обработку различных видов данных отвечают определенные микросхемы.
При этом высокая скорость работы АЛУ достигается благодаря тому, что все задачи выполняются в параллельном режиме, что обеспечивает их многозадачность, однако, такой принцип работы сопровождается и большим энергопотреблением. По способу представления данных, АЛУ могут использоваться для работы с десятичными числами, а также числами, использующими плавающую или фиксированную запятую.
Арифметические операции и логические процедуры
Все процессы, происходящие в узле арифметико-логических преобразований, можно подразделить на несколько категорий. Арифметические операции представляют собой основные математические операции такие как деление, умножение, вычитание модулей, обычное вычитание и сложение.
Для категории логических преобразований характерны операции конъюнкции, которые сопоставимы с союзом «и», дизъюнкции — сопоставимой с логической операций, смысл которой приближен к союзу «или», а также операции сравнения различных данных на предмет равенства. Чаще всего в логических преобразованиях используются двоичные слова, в состав которых входят множественные разряды.
Любую операцию, происходящую в АЛУ, можно представить в виде строгой последовательности логических функций, выраженных при помощи многоразрядной электронно-вычислительной логики. Например, для двоичных электронно-вычислительных систем применяется и аналогичный тип логики и так до десятичной системы.
В любом преобразовании данных, происходящем в арифметико-логическом устройстве, присутствуют свои аргументы операции, а конечные результаты обработки данных выражаются в виде шестнадцатиразрядных битовых строк. Обработанные во время преобразования данные, выражаются в цифровом виде со знаком плюс или минус, в зависимости от наличия переполнения, при помощи специальных флагов, которые используются при непредсказуемых изменениях знака, который выражается в виде отдельного бита. Логика переноса бита между системами различных разрядов происходит по принципу беззнаковой арифметики. Таким образом, система присваивает знак плюс в том случае, если обрабатываемые данные в старшем разряде не могут быть выражены конечным результатом в младшем разряде.
Запись опубликована 05.04.2016 автором katrinas11 в рубрике Моя жизнь. Отблагодари меня, поделись ссылкой с друзьями в социальных сетях: