Багаторозрядні комбінаційні суматори та АЛП (стр. 2 из 2)

Рис.4. Схема процесорного пристрою.

Спрощена блок-схема АЛП подана на рис. 5.

Рис. 5. Спрощена схема АЛП.

Всі дані в арифметико-логічне коло і накопичувальний регістр (акумулятор) надсилаються через регістр даних. Накопичувальний регістр має розмір, що відповідає довжині машинного слова. Для того, щоб скласти два двійкових числа, одне число запам'ятовується у накопичувальному регістрі, а інше - запам'ятовується у регістрі даних. Після додавання сума двох чисел надходить у накопичувальний регістр, замінюючи вихідне двійкове число - операнд.

Процес функціонування АЛП розпадається на певну послідовність елементарних дій у його вузлах. Перелік таких елементарних дій містить у собі:

1) встановлення регістру в деякий стан;

2) інвертування вмісту розрядів регістру;

3) пересилку вмісту одного вузла в інший вузол (наприклад, пересилку числа з регістра в регістр);

4) зсув вмісту вузла (регістра) ліворуч або праворуч;

5) рахування, при якому число у лічильнику збільшується або зменшується на одиницю;

6) додавання;

7) перевірка на рівність вмісту регістра деякому числу (у разі виконання умов рівності результатом є логічна одиниця, у випадку невиконання - логічний нуль).

8) деякі логічні дії (порозрядна диз'юнкція, кон’юнкция і т.д.).

Кожна елементарна дія, виконувана у одному із вузлів АЛП протягом одного тактового періоду, 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. І 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 керуючий пристрій визначає мікропрограму, тобто які і у якій часовій послідовності повинні виконуватися мікрооперації, він одержав назву мікропрограмний автомат.

Існує два принципово різних підходи до проектування мікропрограмного автомату (керуючого пристрою): використання принципу схемної логіки або принципу програмованої логіки. Іноді ці принципи називають апаратною або програмною реалізацією цифрового автомату. У першому випадку, тобто при використанні принципу схемної логіки, у процесі проектування підбирається деякий набір цифрових мікросхем (частіше за все малого і середнього ступеню інтеграції) і визначається така схема з'єднання їх виводів, котра забезпечує необхідне функціонування. Пристрої, побудовані за таким принципом, здатні забезпечувати найвищу швидкодію при заданому типі технології елементів, однак такі пристрої завжди виходять вузькоспеціалізованими.

Використання принципу програмованої логіки припускає побудову деякого універсального пристрою на одній або на кількох мікросхемах великого ступеню інтеграції (ВІС). Необхідний алгоритм функціонування пристрою тут забезпечується розміщенням у його пам'яті деякої певної програми (або мікропрограми).

Якщо у пристрої, побудованому за принципом схемної логіки, усяка зміна або розширення набору виконуваних функцій тягне за собою його демонтаж і монтаж за новою схемою, то при використанні програмованої логіки така зміна досягається лише заміною програми, що зберігається у пам'яті, на нову. Тому в останні два десятиліття реалізація складних цифрових автоматів з програмованою логікою мала переважне поширення.

В И С Н О В О К

Комбінаційний суматор у сукупності з деякими допоміжними вузлами й елементами може бути використаний не тільки для додавання, але й також для віднімання і множення двійкових чисел із знаком. Тому він є основою для побудови операційних пристроїв і універсальних арифметико-логічних пристроїв.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) призначений для виконання арифметичних і логічних операцій над числами (словами), що надходять до нього, за сигналами з пристрою керування. Процес функціонування АЛП являє собою визначену послідовність елементарних дій у його вузлах. Кожна елементарна дія, яка виконується в одному з вузлів АЛП протягом одного тактового періоду, називається мікрокомандою, а весь набір мікрокоманд, призначений для розв'язання визначеної задачі - мікропрограмою.

Пристрій керування призначений для організації процесу обчислень. Він координує роботу АЛП, генеруючі у визначеній часовій послідовності керуючі сигнали, під дією яких у вузлах АЛП виконуються необхідні операції. Пристрій керування також називають мікропрограмним автоматом.

Сукупність операційного пристрою і пристрою керування називають процесорним пристроєм або просто процесором. Процесор, у сукупності з запам'ятовуючим пристроєм і пристроями введення-виведення інформації утворюють структуру, яка одержала назву універсальної цифрової обчислювальної машини з програмним керуванням або універсального програмного автомату.

Існує два принципово різних підходи до проектування складних цифрових автоматів: використання принципу схемної логіки або принципу програмованої логіки. Іноді ці принципи називають апаратною або програмною реалізацією цифрового автомата.