Арифметико-логические устройства. 
Цифровые устройства и микропроцессоры

Арифметико-логические устройства (АЛ У) служат для выполнения арифметических и логических операций над словами, называемых операндами. АЛУ современных вычислительных машин выполняют такие группы операций:

• • двоичная арифметика с фиксированной запятой;
• • двоичная арифметика с плавающей запятой;
• • десятичная арифметика;
• • логические операции;
• • специальная арифметика (нормализация чисел, сдвиги и др.);
• • операции над алфавитно-цифровыми полями.

Мини-, микроЭВМ и микропроцессоры все операции выполняют в двоичной системе счисления над числами с фиксированной запятой. Другие группы операций выполняются, как правило, программным способом, т. е. с использованием специальных подпрограмм.

По характеру использования элементов АЛУ делят на блочные и многофункциональные. В блочных АЛУ каждая группа операций выполняется отдельным блоком, которые могут работать одновременно. Повышается быстродействие, но возрастают затраты на оборудование. В многофункциональных АЛУ все операции выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются в зависимости от требуемой операции. Поэтому возрастает степень использования оборудования, но быстродействие ниже, чем в блочных АЛУ.

По своим функциям АЛУ является операционным блоком и широко используется для построения арифметических узлов, в частности АЛУ входит в состав любого микропроцессора.

Рассмотрим схему АЛУ для сложения чисел с фиксированной запятой, передаваемых по общей шине. Она приведена на рис. 5.32.

Основой АЛУ является w-разрядный комбинационный сумматор. Операнды поступают по общей входной шине в регистры РА и РВ_} которые поочередно подключают к шине с помощью тристабильиых элементов. Первое слагаемое (уменьшаемое) помещается в регистре РВ. Второе слагаемое (вычитаемое) помещается в регистре Р_х, который связан с регистром РА цепями прямой и инверсной передачи кода. Прямая передача используется при сложении, а инверсная — при вычитании (выполняется сложение в дополнительном коде). Операция вычитания заменяется сложением: Z = = X — У = X + (-У), а в младший разряд результата добавляется единица. Результат выдается в регистр Р₂.

Комбинационная схема (КС) следит за переносами в знаковый разряд и из него вырабатывает признак результата ИР (флаг): больше нуля (ПР = 01), меньше нуля (ПР = 10), равно нулю (ПР = 00), переполнение разрядной сетки (ПР = 11).

Составим микропрограмму сложения двух чисел:

Ур РВ := (слово 1);

У₂: Р_х := (слово2); _.

У₃: РА := если сложение, то Р_{, иначе Р_х.

У₄: Р₂ := если сложение, то РА + РВ, иначе РА + РВ + 1;

У₅: Если ПР = 11, то переполнение, иначе (вых. шина) := Р₂.

Конец Для выполнения операций умножения, деления, логических операций схема АЛУ дополняется другими элементами.

Контрольные вопросы

• 1. Каковы различия в уровнях представления вычислительных устройств?
• 2. Что такое регистры хранения и сдвига?
• 3. Какие существуют счетчики?
• 4. Что такое АЛУ?