 |
Арифметико-логічні пристрої. Узагальнена структура процесорного пристрою
|
|
|
|
З порівняння пристрою додавання і віднімання з пристроєм множення, що реалізовує алгоритм з використанням одного багаторозрядного паралельного суматора, видно, що більшість елементів цих схем співпадає, що говорить про можливість їх об’єднання у вигляді єдиного універсального пристрою, здатного виконувати повний набір основних арифметичних і логічних операцій. Такий пристрій називають арифметико-логічним пристроєм. Він виконує додавання чисел апаратним способом, а множення – програмним, як циклічну послідовність розглянутих раніше елементарних дій. Саме такі АЛП використовуються в сучасних універсальних МП.
Очевидно, що для організації роботи обох розглянутих пристроїв потрібно використання зовнішніх сигналів керування (наприклад, сигналу z у пристрої віднімання і сигналу n встановлення у початковий стан лічильника у пристрої множення). Тому універсальний АЛП повинен працювати разом із пристроєм керування.
Арифметико-логічний пристрій (операційний пристрій) призначений для виконання арифметичних і логічних операцій над числами (словами), що надходять до нього, за сигналами з пристрою управління.
Пристрій управління призначений для організації процесу обчислень. Він координує дії АЛП, генеруючи у визначеній часовій послідовності керуючі сигнали, під дією яких у вузлах АЛП виконуються необхідні операції.
Сукупність АЛП і пристрою керування називають процесорним пристроєм або просто процесором.
Сучасні процесори, як правило, реалізовуються у вигляді однієї мікросхеми (рідше – у вигляді декількох мікросхем) і називаються мікропроцесором.
Структура процесорного пристрою показана на рисунку 5.12.
|
|
|
Формування керуючих сигналів y1,…, yN для виконання визначених мікрокоманд може залежати від стану вузлів АЛП, обумовленого сигналами x1,…, xS, які передаються по відповідних колах з виходів АЛП на входи керуючого пристрою. Керуючі сигнали y1,…, y N можуть залежати також від зовнішніх сигналів xS+1,…, xL. Результати оброблення вхідних даних, що виконано у АЛП, знімають з його виходів z1,…, zM.
Рис.5.12. Схема процесорного пристрою
Процес функціонування АЛП поділяється на визначену послідовність елементарних дій в його вузлах. З таких елементарних дій можна виділити:
1) встановлення регістра в деякий стан (наприклад, запис в регістр числа 0, що позначається як Rg←0);
2) інвертування вмісту розрядів регістра, що позначається як 
;
3) пересилання вмісту одного вузла в інший вузол (наприклад, пересилання вмісту регістра Rg1 в регістр Rg2, що позначається як Rg2←(Rg1));
4) зсув вмісту вузла ліворуч, праворуч (наприклад, зсув на один розряд праворуч вмісту регістра, що позначається як Rg←Зсв П(Rg));
5) рахунок, для якого число в лічильнику збільшується або зменшується на одиницю (Ст←(Ст)±1);
6) додавання (наприклад, Rg2←(Rg2)+(Rg1));
7) порівняння вмісту регістра з деяким числом;
8) деякі логічні операції.
Кожна елементарна дія, яка виконується в одному з вузлів АЛП протягом одного тактового періоду називається мікрооперацією. Сукупність мікрооперацій, що виконуються за один такт, називається мікрокомандою, а весь набір мікрокоманд, призначений для розв’язання визначеної задачі, – мікропрограмою.
Таким чином, якщо в АЛП передбачається можливість виконання N різних мікрооперацій, то з пристрою керування виходять N керуючих кіл, кожне з яких відповідає визначеній мікрооперації. Якщо в АЛП необхідно виконати деяку мікрооперацію, то досить із керуючого пристрою по певному керуючому колу подати в АЛП сигнал (наприклад, рівень логічної 1). Внаслідок того, що пристрій керування визначає мікропрограму, тобто які і у якій часовій послідовності повинні виконуватися мікрооперації, він одержав назву мікропрограмний автомат.
|
|
|
|
|
|
