Теоретическая часть. 
Устройство и применение микропроцессора

Арифметико-логическое устройство микропроцессора. Назначение, функции, основные технические характеристики

В общем случае многофункциональное АЛУ включает операционную часть (ОУ) и устройство управления (УУ), которое осуществляет вторичную дешифрацию кода команды и определяет выполняемую в АЛУ операцию.

Структура АЛУ:

Набор выполняемых в АЛУ операций должен обладать функциональной полнотой. Чтобы обеспечить функциональную полноту достаточно четырех операций:

• · обращение к памяти для записи / чтения данных;
• · инкремент / декремент;
• · сравнение (реализует возможность условного перехода);
• · останов работы устройства.

В первых процессорах количество операций ограничивалось шестнадцатью, теперь достигает нескольких сотен.

Количество выполняемых операций является важной характеристикой АЛУ.

Классификация АЛУ АЛУ можно классифицировать по ряду признаков, приведенных ниже.

Классификация по способу представления данных:

• · с фиксированной запятой;
• · с плавающей запятой.

Классификация по способу действия над операндами:

• · последовательные АЛУ, где каждая операция выполняется последовательно над каждым разрядом;
• · параллельные АЛУ, операция выполняется над всеми разрядами данных одновременно;
• · последовательно — параллельные АЛУ, где слово данных делится на слоги, обработка данных ведется параллельно над разрядами слога и последовательно над слогами.

Классификация по использованию систем счисления:

• · двоичная;
• · двоично-десятичная;
• · восьмеричная;
• · шестнадцатеричная;
• · и т. д.

Классификация по характеру использования элементов и узлов:

• · блочные — для выполнения отдельных арифметических операций в структуру АЛУ вводят специальные блоки, что позволяет процесс обработки информации вести параллельно;
• · конвейерные — в конвейерных АЛУ операция разбивается на последовательность микроопераций, выполняемых за одинаковые промежутки времени (такты) на разных ступенях конвейера, что позволяет выполнять операцию над потоком операндов каждый такт;
• · многофункциональные — это универсальные АЛУ, выполняющие множество операций в одном устройстве. В таких АЛУ требуется настройка на выполнение данной операции при помощи кода операции.

Классификация по временным характеристикам.

По временным характеристикам АЛУ делятся на:

• · синхронные — в синхронных АЛУ каждая операция выполняется за один такт.
• · асинхронные — не тактируемые АЛУ, обеспечивающие высокое быстродействие, так как выполняются на комбинационных схемах.

Классификация по структуре устройства управления:

• · АЛУ с жесткой логикой устройства управления;
• · АЛУ с микропрограммным управлением.

Основные функции и характеристики АЛУ Современные АЛУ выполняют:

• · функции двоичной арифметики для данных в формате с фиксированной точкой;
• · функции двоичной арифметики для данных в формате с плавающей точкой;
• · функции арифметики двоично-десятичного представления данных;
• · логические операций (в том числе сдвиги арифметические и логические);
• · операции пересылки данных;
• · работу с символьными данными;
• · работу с графическими данными.

Основные характеристики АЛУ:

Основные характеристики АЛУ можно разделить на количественные и качественные.

Количественные характеристики:

Количественные характеристики определяют скорость выполнения операций, время выполнения одной операции, точность представления данных, количество выполняемых операций.

Среднюю скорость выполнения операций Vср. в АЛУ можно определить как отношение N (T) — количества операций, выполненных за отрезок времени Т к данному отрезку времени:

ср = N (T)/T.

Среднее время, которое АЛУ тратит на выполнение операции равно:

ср = 1/Vср Точность представления данных в АЛУ зависит от разрядной сетки АЛУ и выбранного формата данных.

Качественные характеристики АЛУ:

К качественным характеристикам АЛУ относятся:

• · структурные особенности АЛУ;
• · форматы представления данных (с фиксированной или плавающей точкой);
• · способы кодирования данных.