Арифметико-логическое устройство

Процессор — основная часть ЭВМ, непосредственно осуществ­ляющая процесс обработки данных и управляющая им. В зависи­мости от выполняемой функции процессор может быть центральным, управляющим и т. д. Процессор предназначен для автоматического выполнения последовательности операций (арифметических, логи­ческих, обмена информацией с другими устройствами ЭВМ и внеш­ними по отношению к машинным объектам и др.), предусмотренных программой решения задачи. Процессор связан с пультом управле­ния, запоминающими и периферийными устройствами.

В управляющих машинах процессор связан с внешними по отно­шению к машине устройствами через устройства цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования.

Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует обращение к оперативной памяти (ОП), в нужных слу­чаях инициирует работу каналов и периферийных устройств, вос­принимает и обрабатывает запросы, поступающие из устройств машины и из внешней среды «запросы прерывания»).

В состав процессора могут входить сверхоперативная быстро­действующая память небольшой емкости (СОЗУ), блок прерывания, блок защиты памяти, блок контроля правильности работы и диаг­ностики процессора и другие блоки. Оперативное запоминающее устройство и каналы связи с периферийными устройствами выпол­няются в виде отдельных устройств, хотя в небольших ЭВМ могут конструктивно объединяться с процессором.

На рисунке показана упрощенная схема процессора, состоящая из арифметическо-логического устройства (АЛУ), устройства уп­равления (УУ), блоков управляющих регистров (БУР) и связи с опе­ративной памятью (БСОП).

Устройство управления процессора предназначено для обеспе­чения автоматического выполнения заданной программы решения задач путем принудительной координации работы всех остальных устройств машины.

Блок управляющих регистров предназначен для временного хра­нения управляющей информации. Он содержит регистры и счетчики, участвующие в управлении вычислительным процессом.

Блок связи с оперативной памятью — интерфейс про­цессора — организует обмен • информацией процессора с оперативной памятью и защи­ту участков ОП по записи и считыванию от недозволенных данной программе обращений.

Арифметическо-логическое  устройство процессора предназначено для выполнения арифметических и логических  операций над числами, представленными в соответствующих ко­дах. В АЛУ выполняются операции сложения, вычитания, умно­жения, деления логического сложения и умножения, сдвига слов и т. д.

В зависимости от построения и характера работы различают АЛУ последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия.

В АЛУ последовательного действия операции над кодами осуществляются последовательно, разряд за разрядом. Код числа представляется в виде серии сигналов, действующих в одной и той же цепи в различные моменты времени. Сигнал, проходящий в данный момент времени по цепи, соответствует определенному раз­ряду кода числа, в следующий момент — другому разряду и т.

В АЛУ параллельного действия операции над кодами чисел осу­ществляются параллельно по всем разрядам. Коды чисел в таких АЛУ изображаются в виде совокупности сигналов, каждый из ко­торых действует по своей определенной цепи. Число цепей при этом соответствует числу разрядов. Такие АЛУ получили наиболее широкое распространение.

В АЛУ параллельно-последовательного действия коды чисел разбиваются на группы из определенного количества разрядов. Операция над кодами чисел осуществляется параллельно над разрядами данной группы. Сами же группы разрядов обрабатываются последовательно.

В зависимости от логической структуры АЛУ могут быть комбинационного и блочного типа. АЛУ комбина­ционного типа универсальны, так как все арифметические и логи­ческие операции выполняются с помощью одних и тех же элементов и узлов. Основу таких АЛУ составляют сумматор и регистры, кото­рые при выполнении отдельных операций’ коммутируются между собой определенным образом посредством групп логических эле­ментов, АЛУ блочного типа состоят из отдельных блоков сложения, умножения, деления и т. д. Такие АЛУ имеют большее быстродей­ствие, чем АЛУ комбинационного типа, однако для своей реализа­ции требуют больше оборудования.