mirror of
https://github.com/MPSU/APS.git
synced 2025-09-15 17:20:10 +00:00
Перенос drawio-изображений в svg-формат
This commit is contained in:
Andrei Solodovnikov
@@ -26,27 +26,27 @@
|
||||
|
||||
Обычно АЛУ представляет собой комбинационную схему (то есть без элементов памяти), на входы которой поступают информационные (операнды) и управляющие (код операции) сигналы, в ответ на что на выходе появляется результат заданной операции. АЛУ бывает не комбинационной схемой, но это скорее исключение.
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
*Рисунок 1. Структурное обозначение элемента АЛУ[1, стр. 305].*
|
||||
_Рисунок 1. Структурное обозначение элемента АЛУ[1, стр. 305]._
|
||||
|
||||
На рис. 1 изображен пример АЛУ, используемый в книге "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера" Харрис и Харрис. На входы `A` и `B` поступают операнды с разрядностью *N*. На трехбитный вход `F` подается код операции. Например, если туда подать `000`, то на выходе `Y` появится результат операции *логическое И* между битами операндов `A` и `B`. Если на `F` подать `010`, то на выходе появится результат сложения. Это лишь пример, разрядность и коды могут отличаться в зависимости от количества выполняемых операций и архитектуры.
|
||||
На рис. 1 изображен пример АЛУ, используемый в книге "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера" Харрис и Харрис. На входы `A` и `B` поступают операнды с разрядностью _N_. На трехбитный вход `F` подается код операции. Например, если туда подать `000`, то на выходе `Y` появится результат операции _логическое И_ между битами операндов `A` и `B`. Если на `F` подать `010`, то на выходе появится результат сложения. Это лишь пример, разрядность и коды могут отличаться в зависимости от количества выполняемых операций и архитектуры.
|
||||
|
||||
Существует несколько подходов к реализации АЛУ, отличающиеся внутренней организацией. В лабораторных работах применяется повсеместно используемый подход мультиплексирования операций, то есть подключения нескольких операционных устройств (которые выполняют какие-то операции, например сложения, логическое И и т.п.) к мультиплексору, который будет передавать результат нужного операционного устройства на выходы АЛУ.
|
||||
|
||||
Рассмотрим на примере все того же АЛУ MIPS из книги Харрисов. На рис. 2, в левой его части, изображена внутренняя организация этого АЛУ, справа – таблица соответствия кодов операциям. На выходе схемы (внизу) стоит четырехвходовый мультиплексор, управляемый двумя из трех битов `F`. К его входам подключены *N* логических И (побитовое И *N*-разрядных операндов), *N* логических ИЛИ, *N*-разрядный сумматор и Zero Extend – устройство делающее из однобитного числа *N*-битное число, дополняя нулями слева.
|
||||
Рассмотрим на примере все того же АЛУ MIPS из книги Харрисов. На рис. 2, в левой его части, изображена внутренняя организация этого АЛУ, справа – таблица соответствия кодов операциям. На выходе схемы (внизу) стоит четырехвходовый мультиплексор, управляемый двумя из трех битов `F`. К его входам подключены _N_ логических И (побитовое И _N_-разрядных операндов), _N_ логических ИЛИ, _N_-разрядный сумматор и Zero Extend – устройство делающее из однобитного числа _N_-битное число, дополняя нулями слева.
|
||||
|
||||
К одному из входов этих операционных устройств подключен `A` без изменений, а ко второму подключен выход двухвходового мультиплексора, управляемого оставшимся битом *F*. То есть `F[2]` определяет, что будет вторым операндом: `B` или `~B`. Вдобавок `F[2]` подается на входной перенос сумматора, то есть, когда `F[2] == 1` на выходе сумматора появляется результат операции `A + ~B + 1`, что (с учетом [дополнительного кода](https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код)) эквивалентно `A – B`.
|
||||
К одному из входов этих операционных устройств подключен `A` без изменений, а ко второму подключен выход двухвходового мультиплексора, управляемого оставшимся битом _F_. То есть `F[2]` определяет, что будет вторым операндом: `B` или `~B`. Вдобавок `F[2]` подается на входной перенос сумматора, то есть, когда `F[2] == 1` на выходе сумматора появляется результат операции `A + ~B + 1`, что (с учетом [дополнительного кода](https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код)) эквивалентно `A – B`.
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
*Рисунок 2. Структурная схема АЛУ MIPS[1, стр. 305].*
|
||||
_Рисунок 2. Структурная схема АЛУ MIPS[1, стр. 305]._
|
||||
|
||||
Посмотрим, что произойдет, если на вход `F` такого АЛУ подать `111`. Будет выполняться операция `SLT`(сокращение от `Set Less Then`) – выдать `1`, если `A` меньше `B`, в противном случае — выдать `0`. Биты `F[1:0]` переключат мультиплексор на выход блока Zero Extend. На вход Zero Extend поступает старший бит выхода сумматора, этот бит отвечает за знак результата. Так как `F[2] == 1`, сумматор вычисляет `A + ~B + 1`, то есть `A – B`, значит, если `A < B`, то результат вычитания будет отрицательный, а старший бит `Y[N-1] == 1`. Если `A` не меньше `B`, то разность будет неотрицательна, а `Y[N-1] == 0`, как и требуется от этой операции.
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
*Рисунок 3. Пример исполнения операции АЛУ.*
|
||||
_Рисунок 3. Пример исполнения операции АЛУ._
|
||||
|
||||
Преимущество такой организации АЛУ в его простой модификации, настройке под нужные коды операций, читаемости кода и масштабируемости. Можно легко добавить или убрать требуемые операции. Подумайте, как бы вы обновили данную схему, если бы от вас потребовалось расширить её функционал операциями XOR (Исключающее ИЛИ) и (SGE операция "больше либо равно")?
|
||||
|
||||
@@ -224,7 +224,7 @@ endmodule
|
||||
| OR | 0 0 110 |result_o = a_i \| b_i | Побитовое логическое **ИЛИ** |
|
||||
| AND | 0 0 111 |result_o = a_i & b_i | Побитовое логическое **И** |
|
||||
|
||||
*Таблица 1. Список вычислительных операций.*
|
||||
_Таблица 1. Список вычислительных операций._
|
||||
|
||||
В первой таблице перечислены операции, вычисляющие значение сигнала `flag_o`. **При любом коде операции `alu_op_i` не входящим в эту таблицу, сигнал `flag_o` должен быть равен нулю**.
|
||||
|
||||
@@ -237,11 +237,11 @@ endmodule
|
||||
| LTU | 1 1 110 | flag_o = a_i < b_i | Беззнаковое сравнение **<** |
|
||||
| GEU | 1 1 111 | flag_o = a_i ≥ b_i | Беззнаковое сравнение **≥** |
|
||||
|
||||
*Таблица 2. Список операций сравнения.*
|
||||
_Таблица 2. Список операций сравнения._
|
||||
|
||||
**Выражения в этих двух таблицах приведены для примера. Не все из них можно просто переписать — часть этих выражений надо дополнить. Чтобы вы не копировали выражения, в них вставлены неподдерживаемые символы.**
|
||||
|
||||
Несмотря на разделение на вычислительные операции, и операции сравнения, в *Таблице 1* (вычислительных операция) оказалось две операции `SLTS` и `SLTU`, которые выполняют сравнения. В итоге у нас есть две похожие пары инструкций:
|
||||
Несмотря на разделение на вычислительные операции, и операции сравнения, в _Таблице 1_ (вычислительных операция) оказалось две операции `SLTS` и `SLTU`, которые выполняют сравнения. В итоге у нас есть две похожие пары инструкций:
|
||||
|
||||
- `LTS`
|
||||
- `LTU`
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user