Piotr Kawalec
Wykład XIII - 1
Wykład XIII
Uniwersalne układy
operacyjne
Technika cyfrowa
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