Арифметико-логическое устройство. Арифметико-логическим устройством (АЛУ) называется функционально законченный узел ЭВМ, предназначенный для реализации логических и арифметических операций по

Арифметико-логическим устройством (АЛУ) называется функционально законченный узел ЭВМ, предназначенный для реализации логических и арифметических операций по обработке информации. Эти операции могут выполняться либо аппаратным способом – с использованием соответствующих логических схем, либо программным способом – с применением последовательного исполнения нескольких более простых операций, выполняемых аппаратным способом.

Собственно АЛУ является комбинационным логическим устройством, однако для выполнения арифметических и логических операций над входными переменными они должны быть поданы на вход АЛУ, поэтому его дополняют вспомогательными устройствами (регистрами), предназначенными для промежуточного хранения, как исходных данных, так и результатов выполнения той или иной операции.

На рис. 10.8. приведен вариант схемы соединения АЛУ с дополнительными регистрами. По существу, эта схема является упрощенной схемой процессора.

Как правило, АЛУ снабжается двумя группами входных и одной группой выходных выводов данных, а также группой выходов, предназначенных для получения вспомогательной информации. Обе группы входных выводов (входных портов) снабжается буферными регистрами, предназначенными для временного хранения данных. Каждый буферный регистр способен хранить одно слово информации.

Разрядность этого слова определяется конкретным типом устройства. Один входной порт АЛУ позволяет принимать данные непосредственно с шины данных, а второй – либо с шины данных, либо из специализированного регистра, называемого аккумулятором. Вход этого регистра соединен с выходным портом.

Рис.10.8. Подключение АЛУ к внешним источникам

В ряде случаев аккумулятор снабжается вторым входом, подключаемым к шине данных. Поэтому в общем случае в аккумуляторе могут храниться как данные, полученные в результате выполнения предыдущей операции, так и данные, переданные по шине данных. Группа выводов, предназначенных для получения вспомогательной информации о работе АЛУ, подключается к специальному регистру, называемому регистром состояния кода условий или индикатором. В его разрядах хранится служебная информация о результате исполнения последней операции, например, указание о том, что аккумулятор сброшен, в ходе последней операции получен отрицательный результат и т. д.

В зависимости от типа операции АЛУ может оперировать одним или двумя словами данных и, следовательно, пользоваться одним или двумя входными портами. Например, при выполнении операции арифметического сложения используются два порта, а операции получения обратного кода (инвертирование кода) нужен только один порт. Результат операции всегда оказывается в аккумуляторе.

Конкретный перечень операций, реализуемых АЛУ, может быть достаточно обширным и различен для устройств разных классов. Однако среди этого разнообразия можно выделить ряд операций, выполняемых АЛУ всех типов. К таким операциям относятся: арифметическое сложение, арифметическое вычитание, логическое умножение, логическое сложение, сумма по модулю два (Исключающее ИЛИ), инверсия, сдвиг вправо, сдвиг влево, приращение положительное (инкремент), приращение отрицательное (декремент).

Перечисленные операции выполняются с использованием только аппаратных средств (схем на ЛЭ), заложенных в АЛУ, и поэтому являются элементарными. Более сложные операции, например такие, как арифметические умножения и деление выполняются, как правило, программно путем комбинаций описанных элементарных операций (микропрограммным способом).

Следует отметить, что по своему построению АЛУ относится к разряду комбинационных устройств, так как не содержит собственных элементов памяти. Поэтому значения его выходных сигналов определяются исключительно комбинацией входных сигналов, а время выполнения конкретной элементарной операции зависит от времени задержки распространения сигнала, т. е. определяется частотными свойствами используемой элементной базы и видом реализуемых ФАЛ.