Piotr Kawalec

Wykład XIII - 1

Wykład XIII

Uniwersalne układy

operacyjne

Technika cyfrowa

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 2

Technika cyfrowa

Struktura uniwersalnych układów

operacyjnych

P

D

. .

.

. .

. F

Arytmometr

AZ

OP

AP

AZ - adres źródła

P - predykaty

OP - mikrooperacja

AP - adres przesłania

D - dane wejściowe
F - dane wyjściowe

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 3

Technika cyfrowa

Działanie uniwersalnych układów

operacyjnych



W uniwersalnym układzie operacyjnym

można

wyodrębnić trzy części



wybierającą,

zgodnie z adresem źródła

(AZ),

spośród wielu możliwych danych

wejściowych

tę przeznaczoną do

przetwarzania



przetwornik danych - Arytmometr



układ przesłania wyników przetwarzania -

zgodnie z adresem przeznaczenia

(AP)



Główną część arytmometru stanowi

układ

arytmetyczno - logiczny (ALU)

realizujący

działania

arytmetyczne i logiczne nad danymi

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 4

Technika cyfrowa

Struktury arytmometrów



Blok

ALU

realizuje funkcje jednej i dwóch

zmiennych, a więc w ogólnym przypadku

do

UO

należy dostarczyć trzy adresy:

dwóch argumentów i wyniku



Sposób dostarczenia tych adresów istotnie

wpływa na strukturę arytmometru, szybkość
przetwarzania

i format wektora sygnałów sterujących S



Przyjęte oznaczenia



OP

kod rodzaju operacji

wykonywanej w

ALU





działanie arytmetyczne lub logiczne

jedno

lub

dwuargumentowe

wykonywane w

ALU

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 5

Technika cyfrowa

Arytmometr z trzema magistralami

danych



elementarne przetwarzanie może być

zrealizowane w jednym takcie (jednym
mikrorozkazem)

ALU

D1

D2

F



operacja dwuargumentowa

F: = D1  D2

S=<OP, AZ

1

, AZ

2

, AP>



operacja jednoargumentowa

F: =  D1

S=<OP, AZ, AP>

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 6

Technika cyfrowa

Arytmometr z dwoma magistralami

danych



istnieje kilka możliwości realizacji przetwarzania

wymagających

przechowania



wyniku w specjalnym rejestrze nazywanym

akumulatorem (ACC)



operacja dwuargumentowa

ACC: = D1  D2

S=<OP, AZ

1

, AZ

2

>

F: = ACC

S=<OP, AP>



operacja jednoargumentowa

ACC: =  D1

S=<OP, AZ>

F: = ACC

S=<OP, AP>

ALU

D1

D2

F

ACC

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 7

Technika cyfrowa

Arytmometr z dwoma magistralami

danych



istnieje kilka możliwości realizacji przetwarzania

wymagających

przechowania



argumentu w specjalnym rejestrze nazywanym

akumulatorem

(ACC)



operacja dwuargumentowa

ACC: = D1

S= <OP, AZ >

F: = ACC  D2

S= <OP, AZ, AP >



operacja jednoargumentowa

F: =  D1

S= <OP, AZ, AP>

ALU

D1, D2

F

ACC

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 8

Technika cyfrowa

Arytmometr z dwoma magistralami

danych



dalsze przyśpieszenie działań uzyskujemy

zakładając, że adres przeznaczenia jest taki sam
jak adres jednego ze źródeł



operacja dwuargumentowa

F: = D1  D2

S= <OP, AZ

1

, AZ

2

>; AP= AZ

1



operacja jednoargumentowa

F: =  D1

S= <OP, AZ >; AP= AZ

1

albo

S= <OP, AZ, AP>

Piotr Kawalec

Wykład XIII - 9

Technika cyfrowa

Arytmometr z dwoma magistralami

danych



w szczególności ten wspólny adres może

dotyczyć podręcznej pamięci arytmometru,
nazywanej

plikiem rejestrów (RF)

ALU

D1

D2

F

RF

Struktura taka jest szczególnie
korzystna, gdy wiele obliczeń
wykonywanych jest na danych
wejściowych i wynikach pośrednich
przechowywanych w rejestrach RF,
a wyniki przetwarzania rzadko są
wysyłane poza arytmometr
z wykorzystaniem formatu

S = <OP, AP>

Piotr Kawalec

Wykład XIII -
10

Technika cyfrowa

Arytmometr z jedną magistralą

danych



mikrorozkazy jednoadresowe mogą być

realizowane



w strukturze z akumulatorem ACC w

sprzężeniu

zwrotnym

ALU

D1, D2

F

ACC

operacja

dwuargumentowa

ACC: = D1

S= <OP,

AZ >

ACC: = ACC  D2

S= <OP,

AZ >

F: = ACC

S= <OP,

AP >



operacja

jednoargumentowa

ACC: =  D1

S= <OP,

AZ >

F: = ACC

S= <OP,

AP >

Piotr Kawalec

Wykład XIII -
11

Technika cyfrowa

Arytmometr z jedną magistralą

danych



mikrorozkazy jednoadresowe mogą być

realizowane



z wykorzystaniem rejestrów do

przechowywania

danych wejściowych i

wyniku

operacja

dwuargumentowa

RD1: = D1

S= <OP,

AZ >

RD2: = D2

S= <OP,

AZ >

RF : = RD1  RD2

S=

<OP >

F: = RF

S= <OP,

AP >



operacja

jednoargumentowa

RD1: = D1

S= <OP,

AZ >

RF : = RD1

S=

<OP >

F: = RF

S= <OP,

AP >

ALU

F

RD2

RF

RD1

Piotr Kawalec

Wykład XIII -
12

Technika cyfrowa

Arytmometr z jedną magistralą

danych



w przedstawionej strukturze przetwarzanie

dwuargumentowe wykonywane jest w

czterech

taktach, jednak



w takcie trzecim można ładować jeden z

rejestrów wejściowych nową

zawartością



jeśli wynik pierwszego działania jest

argumentem

drugiego, to w czwartym

takcie

można wykonywać drugi takt

nowego

przetwarzania



stosując tego typu przetwarzanie potokowe

otrzymujemy dużą szybkość działania,

przy

krótkich słowach sterujących S i

prostej strukturze

arytmometru z jedną

uniwersalną magistralą

Piotr Kawalec

Wykład XIII -
13

Technika cyfrowa

Dodatkowe bloki arytmometru



Standardowe wyposażenie arytmometru

może być

uzupełnione o:



rejestr stanu, przechowujący przez czas

jednego

cyklu wartości sygnałów

kontrolnych

(predykatów)

związanych z czynnościami bloku
ALU



układy uzupełnień i korekcji, umożliwiające

realizację operacji arytmetyki

dwójkowo-

dziesiętnej



Bloki te są związane bezpośrednio z ALU i nie

wpływają na ogólną strukturę

arytmometru

Piotr Kawalec

Wykład XIII -
14

Technika cyfrowa

Realizacja operacji przesuwania



Ważne operacje przesuwania ciągu binarnego

nie

wchodzą w skład funkcji bloku ALU, i są

zwykle

realizowane w specjalnych

układach

przesuwających

umieszczonych w pętli sprzęgającej bloku ALU z
akumulatorem ACC



Operacje przesuwania mogą być realizowane:



w rejestrze przesuwającym (niekiedy

akumulator

jest takim rejestrem



w specjalnym układzie kombinacyjnym