Működési egység (ALU)

A „Presentation információt egy számítógép” bebizonyosodott, hogy különféle aritmetikai műveleteket számok (képviselők, kivéve, hogy a különböző kódolás) igényel alapvetően más mikro-szekvenciák. Ezen túlmenően, nyilvánvaló, hogy a többfunkciós elektronikus készülék, a bonyolultabb szerkezete (több elemet), és egy lassabban fut. Másrészt, a függvény egy ilyen összetett eszköz tud végezni egy sor egyszerű és gyors eszköz azonban a hardver költsége és az ár magasabb lesz.

Általában, az elvégzett műveletek a ALU lehet osztani a következő csoportok:

- bináris aritmetikai művelet CHFZ;

- művelet (hex) számtani számára CHPZ;

- tizedes aritmetikai műveletek;

- különleges számtani művelet (normalizáló számok aritmetikai (váltás csak bitek előjel nélkül), logikai váltás (váltás minden bit), stb.)

Általános célú számítógépek általában testesíti meg működését a fenti csoportok, de ők is különböző módon, attól függően, hogy milyen típusú az ALU a processzor.

Általában ALU oszlik moduláris és multifunkcionális.

Blokkban ALU (ábra. 2.3) jegyzett csoport elvégzett műveletek az egyes elektronikus egységek, ez növeli a működési sebesség, mivel egységek végre a megfelelő műveleteket párhuzamosan. Ezen kívül egy speciális egységet mindig végrehajtja gyorsabb, mint az univerzális cserélhető egység.

Ábra. 2.3. blokk ALU

X - bemeneti adatok; S - vezérlőjelek; Z - a működésének eredményeként;

P - értesítés az a munka befejezésekor

ALU blokk jellemző a mainframe, ahol a lényeg az a legnagyobb sebesség, de nem a hardver költségek és a költség. A legegyszerűbb társprocesszorokat a mikro-számítógép operációs CHPZ műveleteket is lehet tekinteni, mint a szakosodott blokkokat. Ezért ALU mikro-számítógép egy koprocesszor lehet néha tekinteni, mint egy blokk.

A többfunkciós ALU-csoport felsorolt ​​által végrehajtott műveletek ugyanazon áramkörök vannak kapcsolva a kívánt függően a kívánt üzemmódot. Ilyen ALU jellemző mini és számítógépek épülő egyszerű processzorok.

Vannak más szerkezetek ALU (vegyes) található valahol a blokk és többfunkciós.

Meg kell jegyezni, hogy gyakran egy számítógépes, épül alapján egyszerű mikroprocesszorok ALU, így csak végre műveleteket bináris aritmetikai CHFZ és néhány logikai műveleteket. Ebben az esetben a fennmaradó csoportok a műveleteket külön alprogramot, ami nagyban csökkenti a végrehajtási sebesség.

Nézzük meg részletesebben a szerkezet egy egyszerű ALU CPU és meghatározzák a minimális készlet eszközök szerepelnek benne. Ebből következik a fentiekből, hogy az összetétele a ALU tartalmaznia kell egy eszközt műveletek végrehajtása bináris összegező (összeadó). Ezen túlmenően, a tárolása operandusok és eredmények van szükség legalább három buffer regiszterrel (átmeneti tárolás regiszterek). Azonban a legegyszerűbb esetben a művelet eredménye lehet rögzíteni, hogy az ideiglenes tárolási nyilvántartások helyett az egyik operandus. Ez a regiszter nevezik akkumulátor. és a processzor egészére - az akkumulátor-típusú processzor. Az akkumulátor biztosnak kell lennie abban, hogy a kétirányú kommunikációt a belső busz a processzor az adatok. (Bonyolultabb ALU művelet eredménye is lehet rögzíteni az akarat bármelyike ​​programozó szentelt erre a célra nyilvántartás). Aritmetikai és logikai műveletek szükséges szerkezetet műszakban bináris számokat (váltóval). Végül a kívánt regiszter, amely tárolja az eredményt az egyes funkciók működését, hogy a működése UU (attribútum regisztrálni).

A blokkdiagramja ALU Akkumulátor típusú egyszerű mikroprocesszor ábrán látható. 2.4.

Már jeleztük, hogy az ALU egészét, és a bináris összeadó van a megjelölést. Összhangban tett megfigyelések korábban állomány-nyilvántartás és a kiegészítő akkumulátor lehet tekinteni, mint csomópontok ALU.

Ábra. 2.4. A blokkdiagramja ALU

Meg kell jegyezni, a fenti, hogy szabályozza a működését az ALU W generálásával sorozata mikroutasítások szükséges végrehajtani egy műveletet (+, -, /, *, stb). Az, hogy a végrehajtása mikroutasítások előírt firmware művelet végrehajtásához, de ez változhat attól függően, hogy a jel a művelet generált ALU (P1. Pm) és táplálják a bemenetére a CU. Az általános nézet az CU ábrán látható. 2.5.

Ábra. 2.5. Az általános formája W

Firmware lehet akár lineáris szerkezetű, és a nagymértékben elágazó szénláncúak, ha a feltételes ugrásokat készülnek jellemzőkkel összhangban P.

Technikai megvalósítás UU még a legegyszerűbb processzorok igen változatosak. Azonban, a legáltalánosabb esetben tűnnek ki egy módszert tárolására microprograms. Ezzel kritérium UU UU osztva Merev (kör) logikai és W tárolt egy speciális memória firmware-t. Ha a mikroprocesszor áll a programozó, ezek W microprogrammable és lehetővé teszi, hogy módosítsa a rendszer parancs processzor. Ha a firmware memória nem áll rendelkezésre, a processzor egy irányító rendszer folyamatos, mint abban az esetben, W merev logika.

Ezek a kiviteli eltérnek egymástól konstrukciós elvei, hardver költségek, kivitelezési idő, firmware mikroutasítás szekvenciákat képes megváltoztatni, és ezáltal a rendszer parancsai.

UU modern processzorok gyakran kombinálják. Performing egyszerű parancsokat CU vezérli a nagy sebességű kemény logika és kivitelezése összetett utasításokat - lassabb UU mikroprogramot memóriát.

Az alábbiakban fogjuk vizsgálni az általános elvek mindkét CU.

UU merev logika

W épített egy merev logika történelmileg megjelent első és eddig széles körben használják. A fő előnye a CU a sebességet. Ezért a legtöbb specializált processzorok kifejezetten feldolgozni információkat valós időben a CU van egy kemény logika. Kevesebb érteni specializált processzorok ellátására tervezték, csökkentett sor speciális funkciók (feldolgozási radar jelek Fourier-transzformáció, mátrix műveletek, a kódolás és dekódolás a jelek nagy sebességű kommunikációs vonalak, stb), a maximális sebesség.

Azonban egy általános célú processzor sokoldalú sor parancs CU merev logika is használják széles körben, különösen, mint már említettük, a megvalósítás irányítására egyszerű parancsokat. A rendszer parancsokat, mint a processzorok mindig rögzített, és nem változtatható a felhasználó által. Ilyen CU néha speciális.

Szerkezeti CU áramkör merev logika ábrán látható. 2.6.

Speciális formája W változatlan szekvenciát vezérlőjelek (CS).

logikai blokk áll kombinációs áramkörök, regiszterek, számlálók, dekóderek és egyéb eszközök, melyek egy függvény tárolására a jelenlegi állapotában az automata meghatározó SU, és megalakult a következő állapot szerint a bemeneti attribútumok.

A firmware-t tárolni gép rendszerén keresztül a merev csomópontok közötti élek UU. Ha módosítani szeretné a firmware megszüntetéséhez szükséges hard linkek és a létrehozandó új rendszereket.

Ábra. 2.6. A szerkezet a CU egy merev logika

GTI - órajel generátor

Az egyik hátránya, W a merev logika, hogy bármely változtatás vagy módosítás célú processzor igénylő parancsokkal változások firmware megváltoztatja a vezérlő szerkezet a gép, és ennek következtében, a topológia és belső kapcsolatok. A termelés speciális processzorok megköveteli nagyon sokféle W (feladatok száma) viszonylag alacsony követelmények minden egyes osztályban. A szempontból a termelési technológia mikroelektronikai processzorok LSI és VLSI említett hiányossága igen jelentős. Növeli az árat az egyes kibocsátott chip processzor növeli a költségeit az új topológia W és a hibakeresést a gyártási technológiát.

Az optimális megoldás erre a problémára az volt az építőiparban a CU speciális logikai struktúrát egy rögzített topológia - programozható logikai tömb (PLA). PLA egy réteges szerkezet, minden réteget bepároljuk, logikai elemek azonos típusú. Topológia kötéseket kialakítani oly módon, hogy a bemenetek egymást követő réteg elem kimeneti jeleit minden elemét az előző réteg. PLA végezhetjük egyetlen LSI, és belsejében kialakított processzor chip, hogy nagyon kényelmes elem létrehozására NC gépek.

A generalizált funkcionális blokkvázlata a legegyszerűbb PLA ábrán látható. 2.7.

Ábra. 2.7. Funkcionális rendszer PLA

Amikor így képződött PLA áramkör befogadására több bemeneti jelek erre feldolgozásra. Bemeneti elemek lehetővé teszik, hogy az összes bemenő változók, mind a közvetlen és fordított formában. A bemenetek minden elem „és a” benyújtott valamennyi bemeneti változók és inverzió. A bemenetek minden elem „vagy a” csatlakozik a kimenetek minden elemét az „én”. Végül a kiadási elemek lehetővé teszik, így bármelyik kimeneti funkciók előre vagy visszafelé videót.

Matrix programozás célja, hogy megszüntesse a felesleges kapcsolatokat használva fotómaszkok, vagy égő (hasonlóan ahhoz, ahogy ez történik a ROM).

PLA programozás, akkor végre a kívánt rendszer logikai funkciókat. Ez lehetővé teszi a vezetők, hogy építsenek gép rendkívül bonyolult szerkezetű. Összetettsége miatt, UU, általában le nagyszámú Boole-függvények számos változó. Ezek a változók viszont gyakran függenek. Ezért szükséges, hogy minimalizáljuk a ko-által végrehajtott PLA, a rendszer logikai funkciókat.

A fenti csak illusztrálja a működési diagramja azt az elképzelést, megépítésének PLA. Szerkezete a tényleges LSI előállított változatos. Épületellenőrzési gépek a legalkalmasabbak LSI tartalmazó PLA együtt egy sor kimeneti funkciók.

A következő generációs típusú PLA eszközök közé tartoznak az FPGA - a programozható logikai integrált áramkör, amely lehetővé teszi szoftver építeni egy ház egy elektronikus áramkört, egy ekvivalens áramkör, amely több tíz vagy néhányszor száz szabványos logikai IC.

Jelenleg a világ által uralt piacon néhány gyártói FPGA - XILINX, ALTERA, rács, ATT, INTEL. FPGA általuk gyártott igen változatosak a komplexitás, a célból, multi-funkciós, stb de minden esik két nagy csoportra EPLD és FPGA.

EPLD - többször programozott - a konfiguráció mentéséhez PROM használt ultraibolya törlést.

A FPGA - több újrakonfigurálható - a konfiguráció mentéséhez használt SRAM.

A cég a gyártók is a kínálat a teljes szoftver fejlesztése és használata alapuló eszközök EPLD és FPGA a személyi számítógépek.