Вычитание двоично-десятичных модулей X-Y осущест­вляется следующим образом

Все разряды Y инвертируются, что дает дополнение каждой цифры Y до 15, при этом получается обратный код двоично-де­сятичного Y с избытком 6, обозначенный Уобр6. Затем, склады­вая X + Уобр6 и прибавляя 1 к младшему разряду, получаем Z. Результат Z' является положительным числом, если из старшей тетрады его возникает перенос, при этом Z' корректируется по тем же правилам, что и при сложении модулей.

Если из старшей тетрады 2' нет переноса, то получен отри­цательный результат, представленный в дополнительном коде. В этом случае код Z' инвертируется и к нему прибавляется 1 младшего разряда. Новое Z' корректируется, при этом к те­традам, из которых возникал перенос при получении (X + Уобр6 + 1), прибавляется 10, а к остальным не прибавляется.

Выполнение сложения и вычитания чисел со знаками сво­дится к выполнению сложения или вычитания модулей путем определения фактической выполняемой операции по знакам опе­рандов и виду выполняемой операции. Знак результата опреде­ляется отдельно. Например, при X < 0 и Y < 0 вычитание X- Y заменяется вычитанием | Y | - | X |. Затем знак результата меняется на противоположный знаку (| Y | - | X |).

Двоично-десятичное умножение сводится к образованию и многократному сложению частичных двоично-десятичных произведений. Умножение двоично-десятичных чисел выпол­няется следующим образом:

1) сумма частичных произведений полагается равной нулю;

2) анализируется очередная цифра (тетрада) множителя, и множимое прибавляется к сумме частичных произведений столько раз, какова цифра множителя;

3) сумма частичных произведений сдвигается вправо на 1 тетраду, и повторяются действия, указанные в п. 2, пока все цифры множителя не будут обработаны.

Для ускорения умножения часто отдельно формируются кратные множимого 8Х, 4Х, 2Х и IX, при наличии которых уменьшается число сложений при выполнении п. 2.

Двоично-десятичное деление выполняется путем много­кратных вычитаний, подобно тому, как это делается при обыч­ном делении.

Операции над числами с плавающей точкой.

Арифметические операции над числами с плавающей запя­той более сложны, чем операции над числами с фиксированной запятой. Алгоритм сложения и вычитания чисел с плавающей запятой выглядит следующим образом:

Производится выравнивание порядков чисел. Порядок меньшего (по модулю) числа принимается равным порядку большего, а мантисса меньшего числа сдвигается вправо на число разрядов, равное разности порядков чисел.

Производится сложение (вычитание) мантисс, в результа­те чего получается мантисса суммы (разности).

Порядок результата принимается равным порядку большего числа.

Полученная сумма (разность) нормализуется.
Выравнивание порядков начинается с их сравнения. Мантисса числа с меньшим порядком при выравнивании сдвигается впра­во на число разрядов, равное разности порядков.

Сложение (вычитание) мантисс производится по правилам сложения (вычитания) чисел с фиксированной запятой.

При умножении чисел с плавающей запятой порядки сомножителей складываются, а мантиссы перемножаются. Произведение нормализуется, и ему присваивается знак плюс, если сомножители имеют одинаковые знаки, и знак минус, если знаки разные.

Если мантисса множимого или множителя равна 0, то про­изведению можно присвоить значение 0 без выполнения умно­жения мантисс. Если при суммировании порядков возникло переполнение и порядок отрицательный, то это означает, что произведение меньше минимального представляемого в маши­не числа, и в качестве результата операции может быть записан 0 без перемножения мантисс.

Если при суммировании порядков возникает переполнение и порядок положительный, может оказаться, что результат все-таки находится в диапазоне чисел, представляемых в машине, так как при умножении мантисс возможно нарушение норма­лизации вправо, и после нормализации мантиссы переполнение в порядке может исчезнуть.

При делении чисел с плавающей запятой мантисса частного равна частному от деления мантиссы делимого на мантиссу де­лителя, а порядок частного - разности порядков делимого и делителя. Частное нормализуется, и ему присваивается знак плюс, если делимое и делитель имеют одинаковые знаки, и знак минус, если разные.

Если делимое равно 0, то в частное может быть записан 0 без выполнения деления. Если при вычитании порядков обра­зовалось переполнение с положительным знаком или если де­литель равен 0, то деление не производится и формируется сиг­нал прерывания.

При делении нормализованных чисел с плавающей запятой может оказаться, что мантисса делимого больше мантиссы де­лителя, и мантисса частного образуется с переполнением. Для устранения этого явления перед делением мантисс нарушают нормализацию делителя сдвигом на разряд влево. Тогда нару­шения нормализации частного влево не возникает.

Многофункциональные АЛУ.

По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции, но значительно возрастают затраты оборудования. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

Устройство управления ЭМВ и ВС.

Устройство управления (УУ) управляет работой процессора, обеспечивая автоматическое выполнение команд программы. Выполнение команды процессором представляет собой последовательность следующих действий (иногда называемых машинными циклами):

- выборка команды из памяти и ее декодирование (дешифрация кода операции);

- формирование адреса следующей команды;

- формирование исполнительного адреса операнда и выборка его из памяти;

- исполнение операции и запись результата в память.

Для выполнения каждого машинного цикла необходим ряд управляющих сигналов, формируемых устройством управления.

В зависимости от способа формирования управляющих сигналов различают два основных типа УУ:

- аппаратные (с жесткой или схемной логикой);

- микропрограммные (с хранимой в памяти логикой).

В аппаратных УУ для каждой операции, задаваемой кодом операции команды, строится набор схем, которые в нужных тактах формируют соответствующие управляющие сигналы.

В УУ с микропрограммным управлением каждой операции соответствует набор микрокоманд, хранимых в памяти микрокоманд. Каждая микрокоманда несет информацию о микрооперациях, подлежащих выполнению в течение машинного такта и указания, какая микрокоманда должна быть выбрана из памяти следующей. Последовательность микрокоманд, выполняющая одну машинную команду или некоторую процедуру, образует микропрограмму.

Устройство управления с жесткой логикой.

Управляющие устройства с жесткой логикой представляют собой логические схемы, вырабатывающие распределенные во времени управляющие сигналы. В отличие от управляющих устройств с хранимой в памяти логикой в аппаратных УУ нельзя изменить логику работы без изменения их схемы. Типичная структурная схема управляемого автомата с жесткой логикой показана на рисунке 4.4.2.1. Её можно рассматривать в качестве автомата с конечным числом состояний (конечный автомат), который на каждом такте

Рисунок 4.4.2.1- Схема блока формирования сигналов управления

переходит из одного состояния в другое, определяемое содержи­мым регистра команды, кодами условий и внешними сигналами. Выходами такого автомата являются управляющие сигналы. Формируемая им последовательность операций задается физическими связями между логическими элементами.

В состав схемы входят регистр кода операции, являющейся частью регистра команд процессора, счетчик тактов, дешифратор тактов и дешифратор кода операции (Дешифратор КОП), а также логические схемы формирования управляющих сигналов. На счетчик тактов поступают сигналы от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Состояние счетчика представляют собой номера тактов, изменяющие от 1 до m. Дешифратор тактов формирует на i-м выходе единичный сигнал при i-м состоянии счетчика тактов, т.е. во время i-го такта.

Принцип построения логических схем формирования управляющих сигналов поясняется на рисунке 4.4.2.2 На нем изображен фрагмент схемы, обеспечивающий выработку управляющих сигналов y1, y2 и y3 выполнения команды сложения на тактах T1,T2, T6.

В общем случае значения управляющих сигналов зависят еще от оповещающих сигналов U={u1, u2… un}, отражающих ход вычислительного процесса. Для реализации этих зависимостей логические элементы, представленные на рисунке 4.3.2.2, берутся многовходовыми и на них подаются требуемые сигналы логических условий.

Рисунок 4.4.2.2- Фрагмент логической схемы формирования управляющих сигналов

Сигналы y0 и yk (см. рисунок 4.3.2.1) обычно используются для определения моментов начала и окончания выполнения команд. С этой целью они используются для управления работой счетчика тактов. Управ­ляющий сигнал y0 (Пуск) указывает на начало выполнения команды. Когда он установлен в 1, в конце каждого такто­вого цикла значение счетчика увеличивается на 1. Если же его значение становится рав­ным 0, отсчет шагов прекращается. Сигнал yk (Останов) сбрасывает счетчик тактов в начальное состояние, обеспечивая начало нового цикла выборки команды.

Серьезным недостатком рассмотренных схем является одинаковое число тактов, необходимых для выполнения всех команд, значение которого выбирается по наиболее длинной команде. Это приводит к непроизводительным затратам времени и, как следствие, к уменьшению быстродействия процессора. Для устранения этого недостатка применяют УУ с переменным числом тактов, в котором используют счетчик тактов с изменяемым модулем счета. Для коротких команд используют счетчик с небольшим модулем счета и наоборот.

При реализации простой системы команд узлы устройства управления с жесткой логикой экономичны и позволяют обеспечить наибольшее быстродействие среди всех возможных методов построения УУ. Однако с возрастанием сложности системы команд усложнялись и схемы автоматов с жесткой логикой, при этом их быстродействие уменьшалось.

Принцип микропрограммного управления.

Альтернативой аппаратного способа реализации УУ является микро­программное управление, согласно которому сигналы генерируются программой, подобной программе, написанной на машинном языке для ЭВМ. Этот принципиально иной подход был предложен английским ученым М. Уилксом в начале 50-х годов. Его называют принципом микропрограммного управления. Он позволяет преодолеть сложности реализации УУ с жесткой логикой. В основу принципа микропрограммного управления заложен тот факт, что каждой машинной команде соответствует уникаль­ный код, называемый микрокомандой. Последовательность микрокоманд, реализующих машинную команду, образует микропрограмму. Микропрограммы размещаются в специальной управляющей памяти, называемой памятью микропрограмм. Выполнение команд в процессоре реализуется путем последовательного извлечения микрокоманд из памяти микропрограмм с последующей их дешифрацией для формирования управляющих сигналов, необходимых при выполнении конкретной команды.

Память ЭВМ. Назначение. Классификация. Основные

Компью́терная па́мять (устройство хранения информации, запоминающее устройство) — часть вычислительной машины, физическое устройство или среда для хранения данных, используемых в вычислениях, в течение определённого времени. Память, как и центральный процессор, является неизменной частью компьютера с 1940-х. Память в вычислительных устройствах имеет иерархическую структуру и обычно предполагает использование нескольких запоминающих устройств, имеющих различные характеристики.

КЛАССИФИКАЦИЯ: