Классификация АЛУ
По способу представления чисел различают АЛУ:
- для чисел с фиксированной запятой;
- для чисел с плавающей запятой;
- для десятичных чисел.
По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. Такие АЛУ, как правило, используют конвейерный метод обработки, при котором совмещаются во времени фазы выполнения операции для различных разрядов операндов.
По выполняемым функциям АЛУ делятся на многофункциональные и функциональные (блочные). В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей запятой, десятичными и алфавитно-цифровыми полями, операции типа "умножение" выполняются в отдельных блоках. Такой подход позволяет увеличить скорость работы АЛУ за счет использования быстродействующих блоков, а также за счет организации параллельной работы этих блоков. Однако в этом случае значительно возрастают затраты оборудования.
В многофункциональных АЛУ всевозможные операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.
По структурной организации АЛУ можно разделить на устройства,
имеющие:
- регистровую структуру с непосредственными связями и закрепленной
логикой;
- магистральную структуру с сосредоточенной памятью и логикой. Арифметико-логические устройства первого типа базируются на принципе закрепления логических схем, используемых для выполнения микроопераций, за каждым из регистров. Так, на рис. 3.15 регистры Р1 и Р2 выполняют функции приема, хранения и выдачи операндов, поступающих из регистров общего назначения (РОН) процессора или КЭШ-памяти данных. С регистром Р1 непосредственно связан преобразователь кода ПК1.
Комбинационный сумматор КСМ объединен с регистром РЗ по схеме накапливающего сумматора, с которым непосредственно связаны ПК2 и комбинационная схема КС для мультиплексирования входных данных. На регистре РЗ выполняются микрооперации сдвига вправо или влево и сброс. Регистр Р4 выполняет микрооперации сдвига и непосредственно связан с преобразователем кода ПКЗ.
Таким образом, в данной структуре функции хранения и преобразования
информации выполняются одним и тем же операционным блоком.
Магистральная структура АЛУ отличается тем, что в ней регистры и схемы для преобразования информации выделены в отдельные блоки, связанные между собой по входам и выходам. В этом случае блок регистров (БР) выполняет функции приема, хранения, выдачи операндов и результатов, а операционный блок (ОБ) выполняет весь необходимый набор микроопераций над словами, хранимыми в БР. В данной структуре блок регистров может быть реализован двумя способами: либо как совокупность отдельных регистров с индивидуальными схемами управления, либо как сверхоперативное адресное запоминающее устройство.
Рис.3.15. Регистровая структура с закрепленной логикой
Структура операционного блока имеет следующие модификации:
- последовательное соединение операционных узлов;
- параллельное соединение операционных узлов.
В первом случае (рис. 3.16) преобразователь кода ПК, комбинационный сумматор КСМ и сдвигатель СДВ соединены последовательно, причем входы ПК и КСМ связаны с выходными шинами блока регистров, а выход СДВ - с входной шиной БР. Такая организация операционного блока дает возможность выполнять с высокой скоростью последовательности микроопераций, обеспечивающей вычисление одного слова-
Во втором случае (рис. 3.17) операционные узлы (СМ, СДВ, ПК, КС) подсоединяются к входным и выходным шинам БР параллельно, что позволяет выполнять несколько микроопераций одновременно.
Рис. 3.16. Магистральная структура с последовательным соединением операционных узлов
Рнс.3.17. Магистральная структура с параллельным соединением операционных узлов
