Функционирование и синтез цифровых устройств. часть 4

История

Разработчик компьютера ENIAC, Джон фон Нейман, был первым создателем АЛУ. В 1945 году он опубликовал первые научные работы по новому компьютеру, названному англ. Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC). Годом позже он работал со своими коллегами над разработкой компьютера в Принстонском институте перспективных исследований (IAS). Архитектура этого компьютера позже стала прототипом архитектур большинства последующих компьютеров. В своих работах фон Нейман указывал устройства, которые, как он считал, должны присутствовать в компьютерах. Среди этих устройств присутствовало и АЛУ. Фон Нейман отмечал, что АЛУ необходимо для компьютера, поскольку оно гарантирует, что компьютер будет способен выполнять базовые математические операции, включая сложение, вычитание, умножение и деление.

Операции в АЛУ

Все выполняемые в АЛУ операции являются логическими операциями (функциями), которые можно разделить на следующие группы:

• операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;
• операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;
• операции десятичной арифметики;
• операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);
• операции специальной арифметики;
• операции над логическими кодами (логические операции);
• операции над алфавитно-цифровыми полями.

Современные ЭВМ общего назначения обычно реализуют операции всех приведённых выше групп, а малые и микроЭВМ, микропроцессоры и специализированные ЭВМ часто не имеют аппаратуры арифметики чисел с плавающей точкой, десятичной арифметики и операций над алфавитно-цифровыми полями. В этом случае эти операции выполняются специальными подпрограммами.

К арифметическим операциям относятся сложение, вычитание, вычитание модулей («короткие операции») и умножение и деление («длинные операции»). Группу логических операций составляют операции дизъюнкция (логическое ИЛИ) и конъюнкция (логическое И) над многоразрядными двоичными словами, сравнение кодов на равенство. Специальные арифметические операции включают в себя нормализацию, арифметический сдвиг (сдвигаются только цифровые разряды, знаковый разряд остаётся на месте), логический сдвиг (знаковый разряд сдвигается вместе с цифровыми разрядами). Обширна группа операций редактирования алфавитно-цифровой информации.
Каждая операция в АЛУ является логической функцией или последовательностью логических функций описываемых двоичной логикой для двоичных ЭВМ, троичной логикой для троичных ЭВМ, четверичной логикой для четверичных ЭВМ, десятичной логикой для десятичных ЭВМ и т. д.

Операция вычитания

Давайте рассмотрим выполнение еще одной простой арифметической операции:

1. Значение операнда № 1, принимающего участие в операции вычитания, проходит в Регистр 1 по кодовой шине.
2. Значение операнда № 2, принимающего участие в операции вычитания, проходит в Регистр 2 по кодовой шине.
3. Инструкция по выполнению данного алгоритма выводится по кодовой шине инструкций к схеме управления.
4. Происходит переформирование положительного числа в отрицательное схемой управления.
5. Результат такого преобразования операнда идет далее в сумматор.
6. Сумматор выполняет сложение данных чисел.
7. Результат операции поступает в Регистр 1.
8. Результат операции вычитания отправляется в результирующий блок.

алу́

МФА:

1. гл.
1) в разн. знач. брать; взять
ақша ал → возьми деньги
алып алу → взять себе; забрать (заранее, заблаговременно)
атақ алу → получить звание
бет алу → взять направление
қайтарып алу → взять обратно
қайтып алу → взять обратно
қамауға алу → брать под стражу
қатын алу → жениться
ол кітапты қолына алды → он взял книгу в руки
үлгі алу → брать пример
2) получать
алып бітіру → получить сполна; добрать; дополучить
еңбек ақы алу → получать зарплату
хат алу → получить письмо
3) покупать
алып сату → перепродать
мен дүкеннен кітап алдым → я купил в магазине книгу
4) ловить; брать; хватать (о ловчей птице и борзой собаке)
бұл ит қасқыр алады → эта собака берет волка
қаршыға бір жолы екі үйрек алды → ястреб за раз поймал двух уток
тазы түлкі алды → борзая поймала лису
5) снимать
ол бөркін алды → он снял шапку
сорпаның көбігін алу → снимать пену с бульона
сүттің қаймағын алу → снимать сливки с молока
тырнақ алу → подстричь ногти
шаш алу → стричь волосы
6) мат. вычитать; отнимать
оннан бесті алса, бесеу қалады → от десяти отнять пять — получится пять
7) принимать (в члены, в организацию, в партию); призывать (в армию)
әскерге алу → призывать в армию
біз оны қоғамға алдық → мы приняли его в общество
мектепке алу → принимать в школу
8) (в роли вспомогательного глагола в сочетании с деепричастием выражает возможность или невозможность действия)
бара аласың ба? → сможешь ли пойти?
бұл кітапты оқи алмадым → я не мог прочитать эту книгу
оқи алмадым → я не мог учиться
9) (в роли вспомогательного глагола в сочетании с деепричастием означает, что действующее лицо совершает данное действие для себя или в отношении себя)
жеңіп алу → завоевать в свою пользу
жинап алу → в разн. знач. собрать (для себя)
киіп алу → надеть
көріп алайын → посмотрим! (угроза)
көріп алу → высмотреть (для своих целей)
орамалға түйіп алу → завернуть в свой носовой платок и завязать узлом
отырып алды → он уселся; он расселся; перен. стал настоятельно требовать; стал настаивать на своем
сойып алу → заготовить скот (для себя); перен. бить; снять семь шкур
тартып алу → отобрать; отвоевать
тауып алу → найти для себя
түйіп алу → завязать в узел (для своего пользования); перен. твердо зарубить на носу (сказанное)
10) (в деепричастной форме в сочетании с рядом глаголов образует составные глаголы)
алып бару → отвезти; отнести
алып беру → подать; купить в подарок
алып жүру → носить с собой; взять с собой
алып келу → привести; принести; доставить
алып кету → увести; унести; забрать
алып қалу → оставить себе; урвать; отобрать
алып қаш ат → конь, который может понести
алып қашты сөз → вздорные слухи; молва
алып қашу → этн. похитить; умыкнуть (девушку); умыкание
алып қою → убрать; переставить; заполучить; взять раньше; опередить; прост. дернем! (выпьем!)
алып соғу → побороть; свалить (в схватке)
алып тастау → сбросить (в сторону); удалять; отбрасывать; уволить; снять с работы
алып ұшу → улететь с добычей (о птице); перен. рваться; безудержно стремиться; вынести; вывезти; вытащить
алып шығу → спасать
маған кітапты алып кел → принеси мне книгу
ол баласын балабақшадан алып кетті → он забрал своего ребенка из садика
сүт ішімді алып кетті → у меня от молока расстроился желудок
ішті алып кету → расстроиться (о желудке)
11)
ала білсең, бере де біл → погов. любишь брать подарки, люби и дарить
алған бір жазықты, алдырған мың жазықты → погов. взявший совершает один грех, потерпевший — тысячу грехов (так как он может подозревать в краже многих)
алып — алтау, жеп — жетеу → фраз. спасать из трудного положения
2. и.д.
1) взятие
2) снятие; снимание (сливок и т.п.)
3) получение
4) покупка
5) ловля
6) мат. вычитание
алу амалдары → способы вычитания
7) выбирание; выбор

син. азайту, кеміту, қармау, қысқарту, ұстау, шегеру

Основная словарная статья:

Нашли ошибку? Выделите ее мышью!

Короткая ссылка:

Слово/словосочетание не найдено.

В словаре имеются схожие по написанию слова:

Превышено количество переводов для незарегистрированного пользователя.

Пожалуйста, зарегистрируйтесь, чтобы продолжить пользоваться словарем.

Уже были зарегистрированы? Войдите.

Превышено количество переводов для зарегистрированного пользователя. Приходите завтра!

Литература

• Каган Б. Электронные вычислительные машины и системы. — 3-е изд., перераб. и доп. — Энергоатомиздат, 1991. — ISBN 5-283-01531-9.
• Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. Учеб. пособие для вузов. Изд.2. — БХВ-Петербург, 2004.
• Самофалов К. Г., Романкевич А. М., Валуйский В. Н., Каневский Ю. С., Пиневич М. М. Прикладная теория цифровых автоматов. — К: Вища школа, 1987. — С. 375.
• Ершов А. П., Монахов В. М., Бешенков С. А. и др. Ч.1 // Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для сред. учеб. заведений. В 2-х ч. — М.: Просвещение, 1985. — С. 96.
• Ершов А. П., Монахов В. М., Кузнецов А. А. и др. Ч.2 // Основы информатики и вычислительной техники: Проб. учеб. пособие для сред. учеб. заведений. В 2-х ч. — М.: Просвещение, 1986. — С. 143.

Структура АЛУ

АЛУ состоит из регистров, сумматора с соответствующими логическими схемами и элемента управления выполняемым процессом. Устройство работает в соответствии с сообщаемыми ему именами (кодами) операций, которые при пересылке данных нужно выполнить над переменными, помещаемыми в регистры.

Арифметико-логическое устройство функционально можно разделить на две части :

1. микропрограммное устройство (устройство управления), задающее последовательность микрокоманд (команд);
2. операционное устройство (АЛУ), в котором реализуется заданная последовательность микрокоманд (команд).

Структурная схема арифметико-логического устройства

Рисунок 1 — Структурная схема арифметико-логического устройства

Структурная схема АЛУ и его связь с другими блоками машины показаны на рисунке 1. В состав АЛУ входят регистры Рг1 — Рг7, в которых обрабатывается информация , поступающая из оперативной или пассивной памяти N1, N2, …NS; логические схемы, реализующие обработку слов по микрокомандам, поступающим из устройства управления.

Закон переработки информации задает микропрограмма , которая записывается в виде последовательности микрокоманд A1,A2, …, Аn-1,An. При этом различают два вида микрокоманд: внешние, то есть такие микрокоманды, которые поступают в АЛУ от внешних источников и вызывают в нем те или иные преобразования информации (на рис. 1 микрокоманды A1,A2,…, Аn), и внутренние, которые генерируются в АЛУ и воздействуют на микропрограммное устройство, изменяя естественный порядок следования микрокоманд. Например, АЛУ может генерировать признаки в зависимости от результата вычислений: признак переполнения, признак отрицательного числа, признак равенства 0 всех разрядов числа др. На рис. 1 эти микрокоманды обозначены р1, p2,…, рm.

Результаты вычислений из АЛУ передаются по кодовым шинам записи у1, у2, …,уs, в ОЗУ. Функции регистров, входящих в АЛУ:

• Рг1 — сумматор (или сумматоры) — основной регистр АЛУ, в котором образуется результат вычислений;
• Рг2, РгЗ — регистры слагаемых, сомножителей, делимого или делителя (в зависимости от выполняемой операции);
• Рг4 — адресный регистр (или адресные регистры), предназначен для запоминания (иногда и формирования) адреса операндов и результата;
• Ргб — k индексных регистров, содержимое которых используется для формирования адресов;
• Рг7 — i вспомогательных регистров, которые по желанию программиста могут быть аккумуляторами, индексными регистрами или использоваться для запоминания промежуточных результатов.

Часть операционных регистров является программно-доступной, то есть они могут быть адресованы в команде для выполнения операций с их содержимым. К ним относятся : сумматор, индексные регистры, некоторые вспомогательные регистры.

Остальные регистры программно-недоступные, так как они не могут быть адресованы в программе. Операционные устройства можно классифицировать по виду обрабатываемой информации, по способу обработки информации и логической структуре.

АЛУ может оперировать четырьмя типами информационных объектов: булевскими (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными (16 бит). В АЛУ выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации (7 для данных и 4 для адресов), то путем комбинирования «операция/ режим адресации» базовое число команд 111 расширяется до 255 из 256 возможных при однобайтном коде операции.

Стек, указатель стека, принцип работы стека.

Стек – это набор регистров МП или ячеек оперативной памяти, откуда данные или адреса выбираются «сверху» по принципу: последним записан – первым считан (Last Input First Output – LIFO).

При записи в стек очередного слова все ранее записанные слова смещаются на один регистр вниз.

При выборе слова из стек оставшиеся слова перемещаются на один регистр вверх.

Принцип работы стека:

Как правило в реальных МП (например x86) данные между ячейками не переносятся, а для хранения адреса последнего по времени поступления элемента стека используется специальный регистр – указатель стека (УС).

Адресация элемента стека с использованием указателя стека:

Функции регистров АЛУ

Чтобы иметь представление о работе АЛУ, нам нужно поближе познакомиться с функциями его регистров:

• Pr1. Это аккумулятор или аккумуляторы. Считается главным регистром устройства, в котором и образуется результат произведенных вычислений.
• Pr2, Pr3. Регистры операндов в зависимости от характера исполняемой операции — слагаемого, делителя, сомножителя и проч.
• Pr4. Это адресный регистр. Он запоминает (в иных случаях формирует) адреса операндов результата.
• Pr6. Некое количество индексных регистров. Их содержимое будет использоваться для формирования адресов.
• Pr7. Вспомогательные регистры. По желанию разработчика могут стать аккумуляторами, индексными или вовсе использоваться для сохранения промежуточных результатов вычисления.

Теперь предлагаем вам обратиться к конкретным алгоритмам работы АЛУ.

Биография[править]

Алу — дочь Балто и Дженны. С раннего детства она была очень похожа на волка по внешности. Гусь Борис заметил, что Алу напоминает волка даже больше, чем её отец. Балто хотел, чтобы его дочь выросла настоящей собакой. Он боялся, что из-за почти полной схожести с волчонком его дочь не возьмут к себе люди, что и произошло. С возрастом Алу все больше начинала походить на волчицу. С детства у неё появилась привычка выть, как волк, но когда родители делали Алу замечания, она ничего не могла с собой поделать. Когда полукровке было уже больше года, она встретила в лесу охотника. Думая, что он может приютить её, дочь Балто бросилась к человеку, но тот принял её за волчицу и чуть не застрелил (на помощь дочери пришел Балто).

Отец рассказал Алу о её волчьих корнях. Узнав тайну своего происхождения, Алу сбегает из дома, понимая, что не найдет места среди людей. Любящий отец пускается на поиски дочери. Вскоре Алу находит странную пещеру с кристаллами, где встречает волшебного мышонка по имени Муру. Зверек объясняет полукровке, что он послан помогать ей и рассказывает, что Алу должна узнать, кто же она, и найти свое место в жизни. затем на Алу набрасывается огромный медведь, но подоспевший вовремя отец пытается защитить дочь. Тем не менее медведь был более сильным и уже готовился убить Балто и Алу. Но на помощь Алу приходит её волшебный дар — способность читать мысли. Заглянув в мысли хищника и узнав, что под ней находится уступ, Алу сталкивает на уступ Балто и прыгает сама.

После спасения от медведя Алу рассказывает отцу все, что узнала от мышонка, и Балто решает помочь дочери в её поисках себя. Полукровка и его дочь попадают в стаю волков, которой командовал волк Нава, обладающий редкими способностями. Нава уже был стар и его место мечтал занять волк Ниджу. Узнав от духа волчицы Энаю, являющейся Наве во снах, о том, что олени пересекли море и не вернутся в этом году, старый вожак решает уговорить стаю идти за оленями. Но Ниджу сомневается в правдивости его слов, утверждая, что волки не смогут пересечь море. Алу и Балто поддерживают вожака и выступают против Ниджу. Нава же, узнав о том, что Балто и Алу — полукровки, сообщает о предсказании Энаю «Стаю поведет волк, который не знает о том, что он волк».

Вожак считал, что это Балто. Тем временем Алу приснилось, что олени в прошлом году перешли на другой берег по ледяному мосту. Она сообщила об этом другим волкам. В это время на воде появился ледяной мост. Поверившие Алу, Балто и Наве волки отправились на мост (все, кроме Ниджу). Балто повел стаю, а его дочь стала помогать забраться на лед совсем ослабшему Наве. Неожиданно лед, на котором стояли Нава и Алу, раскололся, и льдина с Навой стала удаляться. Алу бросилась на помощь вожаку, решив позаботится о нем. В это время на лед прыгнул Ниджу, чтобы убить старого вожака. Алу пришла на помощь старику, увидев это Балто тоже набросился на Ниджу. Злобный волк выбрался на берег и убежал. Балто решил идти за стаей, но Алу сказала ему, что это не его призвание. Молодая полукровка поняла, что теперь нашла свой дом. Попрощавшись с Навой и отцом, Алу поплыла к стае и стала её вожаком.