Работна устройство (ALU)
В "Представяне информацията в компютър" е показано, че различни аритметични операции върху номера (представени, с изключение на това различно кодиране) изисква по същество различни микро последователности. Освен това, очевидно е, че многофункционалната електронното устройство, по-сложна структурата му (повече елементи), и по-бавно да се изпълнява. От друга страна, на функцията на такава сложна устройство може да изпълнява набор от прости и високоскоростни устройства, обаче, разходите за хардуер и цената ще бъде по-висока.
Като цяло, операциите, осъществявани в ALU могат да бъдат разделени в следните групи:
- бинарна аритметична операция за CHFZ;
- бинарна операция (шестнадесетичен) аритметика за CHPZ;
- десетични аритметични операции;
- специален аритметична операция (нормализиране на номера, аритметика смяна (смени само цифрови бита без знак), логично отместване (измести всички бита) и т.н.).
универсални компютри, обикновено въплъщава действието на горните групи, но те го правят по различни начини, в зависимост от вида на ALU на процесора.
Като цяло, ALU е разделена на модулен и многофункционален.
В блок ALU (фиг. 2.3), изброени група от операции, извършвани в отделните електронни блокове, тя увеличава скоростта на работа, тъй като единици могат да извършват съответните операции паралелно. В допълнение, специализирано звено винаги изпълнява по-бързо от универсалната променливо уреда.
Фиг. 2.3. блок ALU
X - въвеждане на данни; S - управляващи сигнали; Z - в резултат на операцията;
P - уведомление за приключване на работата
ALU блок характеристика на мейнфрейм, където най-важното е максималната скорост, но не и разходите за хардуер и разходите. Най-простият копроцесори в операциите по микро-компютър операционна CHPZ също може да се гледа като на специализирани блокове. Ето защо, ALU микро-компютър с копроцесор могат да бъдат понякога се разглежда като блок.
Операциите на мултифункционалния алуминий група изброени изпълнявани от същите схеми, които са включени по желание в зависимост от желания начин на работа. Такава ALU типично за мини и микрокомпютри, изградени върху прости процесори.
Има и други структури ALU (смесени), намиращи се някъде между блок и многофункционален.
Трябва да се има предвид, че често компютър, изграден на базата на прости микропроцесори са ALU, което позволява само изпълнява операции на двоична аритметика CHFZ и някои логически операции. В този случай, останалите групи операции се извършват чрез специални подпрограми, което значително намалява скоростта на изпълнение.
Нека разгледаме по-подробно структурата на един прост ALU CPU и определи минимален набор от устройства, включени в него. От гореизложеното следва, че съставът на ALU трябва да включва устройство за извършване на операции бинарен Обобщаващо (разширител). В допълнение, е необходимо съхраняване на операнди и резултатите да има най-малко три буферните регистри (регистри за временно складиране). Въпреки това, в най-простия случай, резултатът от операцията може да бъде записан в един от регистрите за временно съхранение на мястото на един от операндите. Този регистър е посочена като акумулатор. и процесорът като цяло - процесор батерия тип. Батерията трябва да сте сигурни, да има двупосочна комуникация с вътрешната шина на процесора на данни. (В по-сложна операция резултат ALU може да се запише по желание във всеки един програмист, посветен за целта регистър). За извършване на аритметични и логически операции е необходимо устройство извършване смени двоични числа (работник). И накрая, на необходимата регистър, в който се съхранява в резултат на определени функции на операцията, че за експлоатацията на UU (атрибут се регистрирате).
Блоковата схема на ALU тип акумулатор прост микропроцесора е показано на фиг. 2.4.
Вече отбелязахме, че ALU като цяло, и двоичен ехидна имат предназначението. В съответствие с наблюденията, направени преди провеждане регистър и спомагателната батерията може да се счита като възли на алуминий.
Фиг. 2.4. Блоковата схема на ALU
Беше отбелязано по-горе, който контролира работата на ALU W чрез генериране на последователност от microinstructions необходими за извършване на операция (+, -, /, * и т.н.). Редът на изпълнение на microinstructions посочени изпълнение фърмуера на операцията, но може да варира в зависимост от знака на операцията генерира ALU (Р1. Pm) и се подава към входа на МС. Общ изглед на МС е показано на фиг. 2.5.
Фиг. 2.5. Общата форма W
Фърмуерът може да има линейна структура, и се силно разклонени, където условно скокове са направени в съответствие с признаците на P.
Техническа реализация НП дори най-простите процесори са много разнообразни. Въпреки това, в най-общия случай те се отличават с метод за съхраняване microprograms. По този критерий UU UU разделена на твърда (схема) с логика и W се съхранява в специален фърмуер памет. Ако паметта на микропроцесора е достъпна за програмист, това са W microprogrammable и ще ви позволи да се промени системата за командване процесор. Ако фърмуера памет не е на разположение, процесорът разполага със система команда продължи, тъй като в случай на W с твърда логика.
Тези изпълнения се различават едни от други принципи на изграждане, разходите за хардуер, време изпълнението, фърмуер микро инструкции последователности на състояние да се промени, а оттам и командите система процесор.
UU съвременните процесори често комбинирани. Извършване на прости команди CU контролира се от високата скорост на твърда логика, и изпълнението на сложни инструкции - по-бавно с UU микропрограмно памет.
По-долу ще разгледаме основните принципи на двата вида CU.
UU с твърда логика
W построен върху твърда логика исторически появява за първи път и досега широко използван. Основното предимство на МС е тяхната скорост. Ето защо по-голямата част на специализирани процесори, специално проектирани да обработват информация в реално време на МС е трудно логика. Съгласно разбират специализирани процесори проектирани да изпълняват намален набор от специални функции (обработка на радарни сигнали, Фурие трансформират, операции матрица, кодиране и декодиране на сигнали в високоскоростни комуникационни линии, и т.н.) с максимална скорост.
Въпреки това, в процесор с общо предназначение с гъвкав набор от команди, CU върху твърда логика се използва и много широко, особено, както бе споменато по-горе, за да се контролира изпълнението на прости команди. Системни команди такива процесори винаги са фиксирани и не могат да бъдат променяни от потребителя. Такава CU понякога се нарича специализиран.
Структурно CU верига с твърда логика е показано на фиг. 2.6.
Специализирани форма W неизменни контрол последователност сигнали (CS).
логика блок се състои от комбинационни схеми, регистри, броячи, декодери и други устройства, които изпълняват функция съхраняване на текущото състояние на автомата определяне СУ, както и формирането на следващото състояние в зависимост от входа атрибути.
Фърмуерът се съхранява в една машина, чрез система от твърди връзки между възли UU. За смяна на фърмуера е необходимо да се премахне твърди връзки и създаването на нови схеми.
Фиг. 2.6. Структурата на CU върху твърда логика
GTI - часовник генератор
Един недостатък на W върху твърда логика е, че всякакви промени или модификации предназначение команди процесор изискват промени фърмуер ще променят контрол структура на машината, и следователно, неговата топология и вътрешни връзки. При производството на специализирани процесори изисква много широк спектър W (броят на задачите) при сравнително ниски изисквания на всеки отделен клас. От гледна точка на технологията на производство на микроелектронни процесори като LSI и VLSI споменатия недостатък е доста значителна. Увеличение на цената на всеки един от издаденото чип процесор чрез увеличаване на разходите за разработване на нови топологии W и отстраняване на грешки тяхното производство технология.
Оптималното решение на този проблем е изграждането на МС в специализирани логически структури с фиксиран топология - програмируем логически масив (PLA). PLA е слоеста структура, всеки слой се концентрира логически елементи от същия тип. Топология връзки конструирани по такъв начин, че на входа на всеки следващ слой елемент са изходните сигнали на всички елементи на предходния слой. PLA може да бъде извършено като единична LSI, и формира вътре чип процесор, е много удобно елемент за създаване на NC машини.
Обобщена функционална блокова диаграма на простата PLA показано на фиг. 2.7.
Фиг. 2.7. Функционална схема на PLA
Когато се прави образува PLA верига прием на множество входни сигнали за тази обработка. Входни елементи позволяват да разполагате с всички входни променливи, както в пряк и в обратна форма. Входовете на всеки елемент "и" подават всички входни променливи и техните инверсии. Входовете на всеки елемент "или" свързан към изхода на всички елементи на "I". И накрая, на изходните елементи позволяват да се получи някоя от изходните функции в предната или задна видеото.
програмиране Matrix е да се премахнат ненужните връзки, използвайки photomasks или изгаряне (подобно на начина, по който се извършва в ROM).
PLA програмиране, можете да реализирате желания система на булеви функции. Това позволява на мениджърите да изградят машини изключително сложна структура. Поради своята сложност, UU, обикновено се описват голям брой булеви функции на много променливи. Тези променливи, от своя страна, често са зависими. Поради това е необходимо да се минимизира съфинансиране, изпълнявана от PLA, системата на булеви функции.
Горното показва само функционална схема на идеята за изграждане на НОА. Структура на действителната степен на интеграция, произведена е разнообразна. За изграждането на контролни машини са най-удобният LSI съдържащ PLA заедно с набор от изходен сигнал.
НОА устройства следващото поколение тип включват FPGA - програмируем логически интегралната схема, която позволява на софтуер за изграждане на едно жилище от електронна схема, еквивалентна схема, състояща се от няколко десетки до няколко стотици стандартна логика IC.
В момента на световния пазар, доминиран от няколко производители на FPGA - XILINX, ALTERA решетъчни ATT, Intel. FPGA, произведени от тях са доста разнообразни по сложност, цел, многофункционален и т.н. но всички те попадат в две големи групи EPLD и FPGA.
EPLD - многократно програмиран - за да запазите конфигурацията PROM се използва с ултравиолетова изтриване.
В FPGA - множествена преконфигуриране - да спаси използвана конфигурация на SRAM.
Производителите на фирмата също да предостави пълен софтуерен инструмент за развитието и използването на устройства, базирани на EPLD и FPGA използване персонални компютри.