Арифметическо логические

В первых учебниках по ЭВМ, в те времена, когда элементной базой вычислительной техники были радиолампы и дискретные элементы: сопротивления, конденсаторы, индуктивности, так и поступали. Описывали, как функционирует сумматор в арифметическом устройстве ЭВМ, выполненный на радиолампах, и другие, достаточно простые функциональные схемы.

В научных работах трудно предвидеть порядки величин, которые участвуют в расчетах, и очень скоро, перемножив два больших числа, мы получим аварийный останов (авост) ЭВМ, так как полученный результат не будет умещаться в арифметическом устройстве. Чтобы избежать этого, введем масштабы для переменных, чтобы все числа, с которыми мы имеем дело, были меньше 1. Авоста при умножении мы избежим, но затрудним себе жизнь дополнительными действиями над масштабами. Поэтому в ЭВМ, предназначенных для научных вычислений, приняты формы представления чисел с плавающей запятой. Число, записанное в естественной форме, например —397,83514, может быть представлено в такой форме: —0,39783514-103. Первая часть числа называется мантиссой (М), а вто-

Ряд необычных схемных решений в арифметическом устройстве (невидимых программисту) обеспечил возможность при такте 10 МГц получить высокое быстродействие выполнения операций: сложение—1,1 икс, умножение — 1,9 мкс, деление — 4,9 мкс, прочие операции — 0,5 мкс. Это позволяет оценить среднее быстродействие АУ в 1 млн. оп/с. Но, чтобы использовать это быстродействие АУ, надо обеспечить подачу в него и выведение из него данных с таким же темпом. В этой задаче содержится одно из главных противоречий между высокой скоростью АУ и низкой скоростью записи и считывания данных и команд из устройств памяти.

Арифметическое устройство и устройство управления. Они -образуют процессор. В арифметическом устройстве операнды из памяти вызываются в две ячейки, называемые регистрами. Результат операции получается в третьей ячейке — сумматоре. Для увеличения быстродействия и расширения возможностей ЦВМ процессору придаются несколько сумматоров и регистров. В устройстве управления расшифровываются команды программы и управляющие сигналы передаются в отдельные блоки машины для исполнения команд.

Вторые два слагаемых в выражении (5.10) характеризуют погрешности, зародившиеся в процессоре (в арифметическом устройстве и ПЗУ вычислительной машины); часто их называют машинной погрешностью:

Любой переключатель, выполненный на элементах МПТ, может быть использован как один разряд в коде «1 из г» (г — число выходов переключателя) хранящего регистра. Такие хранящие регистры используются для временного запоминания числа с разрядами в коде «1 из г», например в десятичном коде «1 из 10». Это может быть, скажем, регистр одного из слагаемых в арифметическом устройстве. Минимальное значение г соответствует двум в случае организации хранящего регистра с разрядами в коде «1 из 2» (прямое и инверсное значение двоичного разряда). Для хранения двоичного слова, когда достаточной является информация о прямых значениях разрядов, такой регистр может оказаться экономически невыгодным, так как содержит вдвое больше элементов, чем двоичных разрядов. В таких случаях в качестве хранящего двоичного регистра используют передающую ячейку на дроссельных магнитно-диодных элементах, представленную на 2-2. Число сердечников и диодов в таком регистре равно числу двоичных разрядов. Вместо импульса тока

Для запоминания чисел, используемых непосредственно в арифметическом устройстве, служат регистры, каждый из которых рассчитан на одно двоичное число.

Показанные на 2-2 и 2-3 разрядные сетки соответствуют формам, в которых слова записываются в ячейки оперативной памяти. В арифметическом устройстве для контроля переполнения вводят дополнительно второй знаковый разряд мантиссы, а также второй знаковый разряд порядка (для машин с плавающей занятой при отсутствии смещения порядка) и для изображе-

Методы ускорения умножения делятся на аппаратные и логические. Как те, так и другие требуют дополнительных затрат оборудования. При использовании аппаратных методов дополнительные затраты оборудования прямо пропорциональны количеству разрядов чисел в арифметическом устройстве. Эти методы вызывают усложнение схемы арифметического устройства и не затрагивают схемы управления.

Показанные на 2-2 и 2-3 разрядные сетки соответствуют формам, в которых слова записываются в ячейки оперативной памяти. В арифметическом устройстве для контроля переполнения вводят дополнительно второй знаковый разряд мантиссы, а также второй знаковый разряд порядка (для машин с плавающей запятой при отсутствии смещения порядка) и для изображе-

В цифровых ЭВМ арифметические действия над числами выполняются в арифметическом устройстве, основой которого является так называемый сумматор. Это название объясняется тем, что все арифметические действия в конечном счете сводятся к сложению. Так, умножение заменяется многократным сложением, деление — многократным вычитанием, а вычитание в свою очередь, может быть заменено сложением.

Арифметическо-логические устройства (АЛУ) служат для выполнения арифметических и логических преобразований над словами, называемыми в этом случае операндами.

Арифметическо-логические устройства, используемые в рассматриваемых схемах, представляют собой комбинационные схемы, настраиваемые сигналами микроопераций на различные преобразования. Это может быть двоичное или двоично-десятичное сложение, вычитание, логическое умножение и т. п. При написании микропрограмм операций в АЛУ в микрокомандах задаются микрооперации, определяющие выбор источников операндов для АЛУ, настраивающие АЛУ на выполнение различных преобразований и указывающие место занесения результата, сформированного АЛУ.

Функциональные преобразователи Микрокалькуляторы Времязадающие схемы Комбинированные схемы Арифметическо-логические устройства

Комбинационные узлы и блоки цифровых систем либо собираются из отдельных микросхем малой степени интеграции (элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др.), либо изготавливаются в виде СИС, либо входят в состав БИС и СБИС. Различные типы комбинационных узлов и блоков широко используются в устройствах ввода-вывода и управления, операционных запоминающих устройствах современных цифровых систем. По функциональному назначению можно выделить следующие классы комбинационных устройств: преобразователи кодов; мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, шифраторы и дешифраторы, цифровые компараторы, программируемые логические матрицы, перемножители, арифметическо-логические устройства.

Схемы арифметических и Арифметическо-логические устройст-

Комбинационные узлы и блоки цифровых систем либо собираются из отдельных микросхем малой степени интеграции (элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ и др.), либо изготавливаются в виде СИС, либо входят в состав БИС и СБИС. Различные типы комбинационных узлов и блоков широко используются в устройствах ввода-вывода и управления, операционных запоминающих устройствах современных цифровых систем. По функциональному назначению можно выделить следующие классы комбинационных устройств: преобразователи кодов; мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, шифраторы и дешифраторы, цифровые компараторы, программируемые логические матрицы, перемножители, арифметическо-логические устройства.

2.7. Арифметическо-логические узлы

а арифметическо-логические

2.7. Арифметическо-логические узлы........ 75

Таблица 2 29. Арифметическо- логические схемы КМОП

арифметическо-логические устройства прочие