8-бітове арифметико-логічний пристрій (ALU) може виконувати арифметичні операції додавання, віднімання, множення і ділення; логічні операції І, АБО, що виключає АБО, а також операції циклічного зсуву, скидання, інвертування і т.п. До входів підключені програмно-недоступні регістри T1 і T2, призначені для тимчасового зберігання операндів, схема десяткового корекції (DCU) і схема формування ознак результату операції (PSW).
Важливою особливістю ALU є його здатність оперувати не тільки байтами, але і битами. Окремі програмно-доступні біти можуть бути встановлені, скинуті, інвертовані, передані, перевірені та використані в логічних операціях. Ця здатність досить важлива, оскільки для управління об'єктами часто застосовуються алгоритми, що містять операції над вхідними та вихідними булеві змінними, реалізація яких засобами звичайних мікропроцесорів пов'язана з певними труднощами.
Введенням / висновком (ВВ) називається передача даних між ядром ЕОМ, що включає в себе мікропроцесор і основну пам'ять, і зовнішніми пристроями (ВУ). Це єдиний засіб взаємодії ЕОМ з "зовнішнім світом", і архітектура ВВ (режими роботи, формати команд, особливості переривань, швидкість обміну і ін.) Безпосередньо впливає на ефективність всієї системи. За час еволюції ЕОМ підсистема ВВ зазнала найбільших змін завдяки розширенню сфери застосування ЕОМ і появи нових зовнішніх пристроїв. Особливо важливу роль засобу ВВ грають в керуючих ЕОМ. Розробка апаратних засобів і програмного забезпечення ВВ є найбільш складним етапом проектування нових систем на базі ЕОМ, а можливості ВВ серійних машин є один з важливих параметрів, що визначають вибір машини для конкретного застосування.
Розглянемо особливість реалізації арифметико-логічного пристрою комп'ютера на прикладі проектування АЛУ для виконання логічних операцій. Класична ЕОМ складається з трьох основних пристроїв: арифметико-логічного пристрою, пристрою управління і запам'ятовує. Розглянемо особливість структури арифметико-логічного пристрою. У сучасних ЕОМ арифметико-логічний пристрій не є самостійним схемотехническим блоком. Воно входить до складу мікропроцесора, на якому будується комп'ютер. Однак знання структури і принципів роботи АЛУ вельми важливо для розуміння роботи комп'ютера в цілому.
У мікропроцесорної системі є арифметико-логічний пристрій для виконання логічних операцій над числами (операндами, словами) виконуються в головній частині процесора - арифметико-логічному пристрої (АЛП)
Всі арифметичні дії з двома числами (додавання, віднімання, множення, ділення) зводяться в АЛУ до операції додавання або віднімання.
Спрощена структура ЕОМ містить наступні основні пристрої: арифметико-логічний пристрій, пам'ять, керуючий пристрій, пристрій введення даних в машину, пристрій виведення з неї результатів розрахунку і пульт ручного управління.
В даному курсовому проекті я буду розглядати роботу багатофункціонального арифметико-логічного пристрою (АЛП). АЛУ для виконання логічних операцій, вони служать для виконання арифметичних і логічних перетворень над словами, званими в цьому випадку операндами, а також арифметичні операції.
Швидкодія АЛУ багато в чому визначає продуктивність процесора.
Метою даної курсової роботи є дослідження та принцип роботи арифметико-логічного пристрою для виконання логічних операцій.
Основними завданнями є:
1. дослідити арифметико-логічного пристрою для виконання логічних операцій;
2. привести умовно-графічне позначення мікросхеми регістра, що входить до складу арифметико-логічного пристрою;
3. описати принцип роботи арифметико-логічного пристрою;
4. розглянути логічну схему регістра;
5. проаналізувати принцип запису, читання і зберігання інформації в регістрі;
6. вказати на схемі сигнали, передавання на інформаційні входи регістра; вказати номера і типи входів, на які подаються керуючі сигнали в режимі запису; вказати на виходах двійковечисло, зафіксоване в регістрі після виконання зсуву вліво на 4 розряди; вказати номер входу, на який надходять імпульси зсуву;
7. проаналізувати роботу сумматора входить в арифметико-логічного пристрою;
8. побудувати логічну схему суматора;
9. описати принцип роботи суматора
1. ОПИС арифметико-логічний пристрій
Арифметико-логічний пристрій (АЛП) - центральна частина процесора, що виконує арифметичні і логічні операції.
АЛУ складається з регістрів, суматора з відповідними логічними схемами і елемента управління виконуваних процесом. Пристрій працює відповідно до повідомляються йому іменами (кодами) операцій, які при пересиланні даних потрібно виконати над змінними, поміщається в регістри.
Арифметико-логічний пристрій функціонально можна розділити на дві частини:
а) микропрограммное пристрій (пристрій управління), який задає послідовність мікрокоманд (команд);
б) операційний пристрій (АЛУ), в якому реалізується задана послідовність мікрокоманд (команд).
Малюнок. 1 Структурна схема АЛП
Структурна схема АЛП і його зв'язок з іншими блоками машини показані на малюнку 1. До складу АЛУ входять регістри Рг1 - Рг7, в яких обробляється інформація, яка надходить з оперативної або пасивної пам'яті N1, N2. NS; логічні схеми, що реалізують обробку слів по мікрокоманда, що надходять з пристрою управління.
Закон переробки інформації задає мікропрограма, яка записується у вигляді послідовності мікрокоманд A1, A2. Аn-1, An. При цьому розрізняють два види микрокоманд: зовнішні, тобто такі мікрокоманд, які надходять в АЛУ від зовнішніх джерел і викликають в ньому ті чи інші перетворення інформації (на рис. 1 мікрокоманд A1, A2. Аn), та внутрішні, які генеруються в АЛУ і впливають на вбудоване пристрій, змінюючи природний порядок проходження микрокоманд. Наприклад, АЛУ може генерувати ознаки залежно від результату обчислень: ознака переповнення, ознака негативного числа, ознака рівності 0 всіх розрядів числа ін. На рис. 1 ці мікрокоманд позначені р1, p2. рm.
2. ОПИС БЛОКУ РЕГІСТРА
У завданні використовуються універсальні регістри, розрядність яких (n) можна визначити за кількістю виходів. У регістрі к1500ір141 є 4 виходів отже розрядність регістра (n) буде дорівнює 4 Мікросхема к1500ір141 є регістр, що складається з 4 D-тіггеров. Виходи М01 і М02 дозволяють вибрати один з чотирьох режимів роботи регістра: завантаження даних, зберігання даних, зсув даних в ліво або в право. Всі операції (крім зберігання) відбуваються по позитивному перепаду на тактовій вході С. Регістр має 2 послідовних входу SIL (вхід даних для зсуву в право) і SIR (вхід даних для зсуву вліво). При напрузі високого рівня на входах М01 і М02 регістр зберігає дані незалежно від сигналів на інших входах. Умовно графічне позначення мікросхеми к1500ір141 представлено на малюнку 2.
Малюнок 2-Умовно графічне позначення мікросхеми к1500ір141 і позначення входів і виходів
Для даної мікросхеми існують 2 способи запису інформації послідовний і паралельний. При послідовному способі записи сигнал V повинен бути низького рівня, а код, який записується, повинен надходити на вхід D0. З кожним тактовим імпульсом М01 вхідний код просувається на один розряд в бік старшого розряду. При паралельному способі записи код подається на входи D4-D1. Запис проводиться в паузі між тактовими імпульсами М01 при V = 1 імпульсом М02. Якщо після запису число потрібно зрушити, то регістр переводять в режим зсуву сигналом V = 0 і керують за допомогою імпульсів М01. За умови, що Q1 - вихід молодшого розряду, а Q4 - старшого, інформація в регістрі зрушує вліво (зворотного зрушення). Але він може бути перетворений і в регістр із зсувом вправо (прямий зсув). Для цього необхідно виконати наступні зовнішні з'єднання: D3 з Q4, D2 з Q3, D1 з Q2. Код записують по входу D4 при V = 1, а керують регістром тактовими імпульсами М02. Таким чином, в розглянутому регістрі виконуються умови як прямого, так і зворотного зрушень. Регістр має виходи від всіх розрядів, що дозволяє зчитувати записаний код як в послідовній, так і в паралельній формах подання інформації в часі.
Малюнок 3 - Логічна схема регістра к1500ір141
Регістр к1500ір141 є універсальними (регістр загального призначення), він може використовуватися для тимчасового зберігання будь-яких даних, при цьому дозволяти працювати як з регістром цілком, так і окремо і з кожної його половиною, (регістри АН, ВН, СН, DH - старші ( High) байти, а регістри AL, BL, CL, DL - молодші (Low) байти, відповідних двобайтових регістрів). Але також універсальний регістр к1500ір141 може використовуватися і як спеціальний при виконанні деяких конкретних команд програми.
У даній роботі потрібно розрахувати сигнали на виході мікросхеми к1500ір141 після подачі на вхід двійкового сигналу 1110 при зсуві вліво на 4 розряди. При зсуві вліво відбувається зміщення операнда на більш рівень а на його місце встановлюється сигнал 0. Процес зсуву показаний в таблиці 2.
Таблиця 2 - процес зсуву вліво на 4 розряди.
Вхід тригера Q4 Q3 Q2 Q1
Число зсуву 1 1 1 0
Число після 1-го зсуву 1 1 0 0
Число після 2-го зсуву 1 0 0 0
Число після 3-го зсуву 0 0 0 0
Число після 4-го зсуву 0 0 0 0
Результатом зсуву буде двійковечисло 0000.