Исследование арифметико–логического устройства для выполнения логических операций

  КУРСОВАЯ РАБОТА

дисциплина «Вычислительная техника»

на тему

Исследование арифметико–логического утройства для выполнения логических операций

Выполнил: Бородулин

Пермь, 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОПИСАНИЕ АРИФМЕТИКО–ЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

2 ОПИСАНИЕ БЛОКА РЕГИСТРА

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУММАТОРА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим особенность реализации арифметико-логического устройства компьютера на примере проектирования АЛУ для выполнения логических операций. Классическая ЭВМ состоит из трех основных устройств: арифметико-логического устройства, устройства управления и запоминающего устройства. Рассмотрим особенность структуры арифметико-логического устройства. В современных ЭВМ арифметико-логическое устройство не является самостоятельным схемотехническим блоком. Оно входит в состав микропроцессора, на котором строится компьютер. Однако знание структуры и принципов работы АЛУ весьма важно для понимания работы компьютера в целом.

В микропроцессорной системе есть арифметико-логическое устройство для выполнения логических операций над числами (операндами, словами) выполняются в главной части процессора - арифметико-логическом устройстве (АЛУ)

Все арифметические действия с двумя числами (сложение, вычитание, умножение, деление) сводятся в АЛУ к операции сложения или вычитание.

Упрощенная структура ЭВМ содержит следующие основные устройства: арифметико-логическое устройство, память, управляющее устройство, устройство ввода данных в машину, устройство вывода из нее результатов расчета и пульт ручного управления.

В данном курсовом проекте я буду рассматривать работу многофункционального арифметико-логического устройства (АЛУ). АЛУ для выполнения логических операций, они служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами, а также арифметические операции.

Быстродействие АЛУ во многом определяет производительность процессора.

Целью данной курсовой работы является исследование и принцип работы арифметико-логического устройства для выполнения логических операций.

Основными задачами являются:

1. исследовать арифметико-логического устройства для выполнения логических операций;

2. привести условно–графическое обозначение микросхемы регистра, входящего в состав арифметико-логического устройства;

3. описать принцип работы арифметико-логического устройства;

4. рассмотреть логическую схему регистра;

5. проанализировать принцип записи, чтения и хранения информации в регистре;

6. указать на схеме сигналы, передаваемы на информационные входы регистра; указать номера и типы входов, на которые подаются управляющие сигналы в режиме записи; указать на выходах двоичное число, зафиксированное в регистре после выполнения сдвига влево на 4 разряда; указать номер входа, на который поступают импульсы сдвига;

7. проанализировать работу сумматора входящего в арифметико-логического устройства;

8. построить логическую схему сумматора;

9. описать принцип работы сумматора

1. ОПИСАНИЕ АРИФМЕТИКО–ЛОГИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - центральная часть процессора, выполняющая арифметические и логические операции.

АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Она заключается в выполнении набора простых операций. Операции АЛУ подразделяются на три основные категории: арифметические, логические и операции над битами. Арифметической операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление...). Логической операцией именуют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ...). Операции над битами обычно подразумевают сдвиги.

АЛУ состоит из регистров, сумматора с соответствующими логическими схемами и элемента управления выполняемым процессом. Устройство работает в соответствии с сообщаемыми ему именами (кодами) операций, которые при пересылке данных нужно выполнить над переменными, помещаемыми в регистры.

Арифметико-логическое устройство функционально можно разделить на две части:

а) микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);

б) операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

Рисунок. 1 Структурная схема АЛУ

Структурная схема АЛУ и его связь с другими блоками машины показаны на рисунке 1. В состав АЛУ входят регистры Рг1 - Рг7, в которых обрабатывается информация, поступающая из оперативной или пассивной памяти N1, N2, ...NS; логические схемы, реализующие обработку слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления.

Закон переработки информации задает микропрограмма, которая записывается в виде последовательности микрокоманд A1,A2, ..., Аn-1,An. При этом различают два вида микрокоманд: внешние, то есть такие микрокоманды, которые поступают в АЛУ от внешних источников и вызывают в нем те или иные преобразования информации (на рис. 1 микрокоманды A1,A2,..., Аn), и внутренние, которые генерируются в АЛУ и воздействуют на микропрограммное устройство, изменяя естественный порядок следования микрокоманд. Например, АЛУ может генерировать признаки в зависимости от результата вычислений: признак переполнения, признак отрицательного числа, признак равенства 0 всех разрядов числа др. На рис. 1 эти микрокоманды обозначены р1, p2,..., рm.

Результаты вычислений из АЛУ передаются по кодовым шинам записи у1, у2, ...,уs, в ОЗУ. Функции регистров, входящих в АЛУ: Рг1 – регистр (или сумматоры) - основной регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений; Рг2, РгЗ - регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в зависимости от выполняемой операции); Рг4 - адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания (иногда и формирования) адреса операндов и результата; Ргб - k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов; Рг7 - i вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть операционных регистров является программно-доступной, то есть они могут быть адресованы в команде для выполнения операций с их содержимым. К ним относятся: сумматор, индексные регистры, некоторые вспомогательные регистры.

Остальные регистры программно-недоступные, так как они не могут быть адресованы в программе. Операционные устройства можно классифицировать по виду обрабатываемой информации, по способу обработки информации и логической структуре.

АЛУ может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевскими (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными (16 бит). В АЛУ выполняется не сколько различных операций пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования "операция/ режим адресации" базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.