книги из ГПНТБ / Корнейчук В.И. Арифметические устройства ЭЦВМ учеб. пособие

. Л Р й а д м ш ч г а д а У С Т Р О Й С Т В А

(У чебное п о с о б и е )

В.К. Корнейчук

' Vt

МВ И ССО УССР Киевский ордена Ленина политехнический институт

им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции

Кафедра вычислительной техники

В.И.КОППИЙЧУК

АРИФМЕТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ЭЦВМ

/Учебное пособие/

Киев - 1973

о.Едоки для выполнения редких и вспомогательных

5.-3. Блоки преобразования чисел из одной системы

- 4 -

1 . В В Е Д Е Н И Е 1 ,1 . НА311АЧЕ1ШЕЛСЛАССИФИКАЛИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

дами и кодами других объектов/,Набор операций,выполняе­ мых АУ, должен обладать функциональной полнотой для того, чтобы с их помощью можно было реализовать любой вычисли­ тельный алгоритм. Однако с целью повышения быстродействия и упрощения программирования указанный набор обычно обла­ дает значительной избыточностью,а число операций колеб­ лется от нескольких десятков /18 в машине "Киев"/ до нескольких сотен /около 600 в машине "Стретч"/. При всем разнообразии наборов операций в их составе всегда имеются основные арифметические операции / -J- — , х , ; / и наиболее важные логические операции,такие как сравне­ ние / т . е . определение того,какое из условий А>В, А=В или А<В выполняется/,поразрядная конъюнкция и др. Набор опе­ раций, выполняемых АУ,является важнейшей его характерис­

тикой» К временным характеристикам АУ относятся средние времена выполнения отдельных операций и среднее время выполнения операции в № т

Рс -частота появления операций сложения умножения,логичес­ ких операций,извлечения корня,деления и сдвига. При зтом для различных задач Р^' имеют различные значения.

Любое АУ имеет в своем составе не менее двух регист­ ров, сумматор и блок местного управления /ЕМУ/,вырабатывав ющий необходимую последовательность управляющих сигналов. По способам обмена информацией между регистрами и суммато—

- 5 -

ром различают последовательные, параллельные и последова- тельно-параллелыше АУ. В универсальных ЦВМ используются, как правило, параллельные АУ, так как их применение позво­ ляет более, чем в П раз повысить быстродействие по срав­ нению с последовательными АУ при увеличении аппаратурных затрат менее, чем в 2 раза. Последовательные и последова­ тельно-параллельные АУ применяются в специализированны* ЦВМ в тех случаях, когда к быстродействию машин не предъяв­ ляется жестких требований.

Но форме представления чисел различают АУ с плавающей запятой, АУ с фиксированной запятой и АУ, работающие как с плавающей, так и фиксированной запятой. В некоторых ЦВМ предусмотрен режим целых чисел, при котором запятая фикси­ руется после последнего разряда числа. Такой способ пред­ ставления чисел удобен при решении экономических задач.

В зависимости от принятой системы счисления различают деся­

система счисления и соответственно троичное АУ. По времени выполнения отдельных операций различают АУ синхронного и асинхронного типа. В синхронных АУ на выполнение различных операций отводится одно и то же время. В асинхронных АУ на выполнение каадой операции отводится столько тактов машинно­ го времени, сколько требуется, а исполнение следующей опера­ ции начинается по сигналу конца текущей операции, комбини­ рованные АУ сочетают простоту синхронных быстродействие асин хронных АУ. При этом все операции делятся на несколько групп чаще всего на две: одно- и многотактные. Однотактные опера­ ции реализуются по синхронному способу, а многотактяые - по асинхронному.

1.2. Способы управления работой АУ С 2 ,5 ,6 ,7 ,1 1 Ц

Выполнение какой-либо операции в АУ сводится к выпол­ нению последовательности элементарных операций /микроопера­ ций/ на регистрах, сумматоре и счетчиках. К таким микроопе­ рациям относятся: ВК - выдача прямого кода с ре істра; ВОК - выдачаобратного кода с регистра; Г - "гашение" или сброс в и регистра; Ш - прием прямого кода на регистр;

- 6 -

держимому счетчика Л. Последовательность микроопераций, вы­ полнение которой приводит к выполнению операции, будем назы­ вать микроалгоритмом данной операции. Б зависимости от спо­ соба реализации микроалгоритмов различают АУ со схемным и АУ с микропрограммным способом управления операциями. В АУ со схемным управлением Ем/ состоят из отдельных схем, каждая из которых управляет одной операцией. При этом часть узлов может быть общей для всех схем. В Ы.1У из устройства управле­

ния /УУ/ ЦВМ поступают сигналы начала выполнения L-яой опе­ рации /НО / , а из БМУ в УУ поступают сигналы конца выполне­ ния операции /КО/, При микропрограммном, способе управления операциями каждой микрооперации ставят в соответствие неко­ торое слово, которое называют микрокомандой. Последователь­ ности микроопераций, т .е . микроалгоритму, соответствует по­ следовательность микрокоманд, которую называют микропрограм­ мой данной операции, микропрограммы операций хранятся в спе­ циальном ЗУ микропрограмм, код операции задает адрес первой микрокоманды данной микропрограммы. Управление операциями пу­ тем последовательного считывания из ЗУ и расшифровки микроко­ манд, входящих и микропрограмму данной операции, составляет идею микропрограммного способа управления операциями. Наряду со схемным и микропрограммным способами существует также смешанное управление операциями, при котором часть микроопе­ раций реализуется схемным, а другая - микропрограммным спо­ собом. Каждый из перечисленных способов имеет свои преимуще­ ства и недостатки. Причем в последнее время чаще применяется микропрограммный способ управления. Однако ниже при изучении схем для выполнения отдельных арифметических операций будет использоваться исключительно схемный способ построения ЕМУ на линиях задержки /ЛЗ/. Это объясняется тем, что, с одной стороны, схемные БМУ более прозрачны при изучении, а с другой стороны, нецелесообразно строить микропрограммный БМУ для уп­ равления одной операцией.

Выполнение любой операции в АУ начинается с подготови­ тельных микроопераций извлечения операндов из ЗУ и фиксации их в определенном порядке в регистрах АУ. Однако с целью уп­ рощения изложения, работа схем, выполняющих отдельные опера­ ции, будет рассматриваться,начиная с момента, когда”все под-^- готовительные микрооперации по извлечению и фиксации операн­ дов завершены.

- 7 -

2. СЛіМ.іРУІДШІГ, БЛОКИ 2 .1 . БЛОКИ ДЛЯ іЛйЗ-ЬііИЯ И ВЫЧИТАНИЯ ЧИСЕЛ В 11РЛ.МЫХ

КОДАХ /1,4,11-14,19-21/ .

В ЗУ числа могут храниться в прямом или дополнительном кодах. Из ЗУ извлекаются операнды /т .е . числа, участвующие в операции/ и пересылаются в регистры АУ в том виде, в котором оли хранились в ЗУ. Позгому, в зависимости от того, в каких ко­ дах хранятся числа, различают ^персщии в прямых и дополнитель­ ных кодах.

При построении суммирующих блоков /СВ/ для сложения и вычитания чисел в прямых кодах некоторые трудности возникают при реализации операции вычитания. Преодоление этих трудно­ стей осуществляется путем замены операции вычитания операцией сложения прямого кода одного операнда с дополнительным или обратным кодом второго операнда, при использовании дополни­ тельного кода /ДК/ результат операции также будет представлен ДК. Так как № положительного числа совпадает с прямим кодом этого же числа, то получение прямого кода результата не вызы­ вает затруднений. При отрицательном же результате для получе­

- 8 -