Устройство выполняющее логические и арифметические операции: Устройство выполняющее арифметические и логические операции и управляющее другими устройствами компьютера называется — Знания.site

Содержание

Устройство компьютера, выполняющее арифметические и логические операции

Система оценивания отдельных заданий и экзамена в целом

Итоговая оценка за экзамен определяется как средний балл по всем заданиям.

Тест оценивается по пятибальной шкале следующим образом: стоимость каждого вопроса 1 балл. За правильный ответ обучающийся получает 1 балл. За неверный ответ или его отсутствие баллы не начисляются.

Оценка «5» соответствует 14-15 правильных ответов.

Оценка «4» соответствует 11-13 правильных ответов.

Оценка «3» соответствует 8-10 правильных ответов.

Оценка «2» соответствует 0-7 правильных ответов.

 

Практическое задание оценивается также по пятибальной шкале:

Оценка «5» (отлично) выполнение практических заданий дополнительной части на 100-86%.

«4» (хорошо) – если студент полно освоил учебный материал, применяет знания на практике. Но практические задания дополнительной части имеют некоторые неточности. Выполнено на 85%-73%

«3» (удовлетворительно) – если студент обнаруживает знания и понимание основных положений учебного материала и выполнение одного практического задания(50%) из дополнительной части.

«2» (неудовлетворительно) – если студент имеет разрозненные бессистемные знания, не может практически применить теоретические знания. Оценка «2» (неудовлетворительно) предполагает выполнение практического задания менее чем на 50%.


ГОБПОУ «Конь-Колодезский аграрный техникум»

Рассмотрено цикловой методической комиссией общеобразовательных предметов «___» ____________2020  г. Председатель ____________ О.Н.Тибаткина Экзаменационный билет №1 по учебному предмету «Информатика»     35.02.15 Кинология Утверждаю Заместитель директора по учебной работе   ___________ М.Н.Киселёва   «___» ____________2020 г.  

Обязательная часть


С чем связан первый информационный прорыв в истории человеческого общества

1) с изобретением письменности

2) с изобретением книгопечатания

3) с изобретением телефона, радио

4) с созданием электронно-вычислительных машин

Информацию, изложенную на доступном для получателя языке, называют

1) понятной

2) полезной

3) объективной

4) актуальной

К какому информационному процессу в основном можно отнести выбор информации из справочника

1) хранение

2) обработка

3) передача

4) обмен

Файл с именем Ivanov.mp3 хранится на жестком диске. Какую информацию содержит файл

1) видеоинформацию


2) звуковую информацию

3) графическую информацию

4) текстовую информацию

Минимальной единицей количества информации считают

1) пиксель

2) бод

3) бит

4) символ

Модель есть замещение изучаемого объекта другим объектом, который отражает

1) все стороны изучаемого объекта

2) существенные стороны изучаемого объекта

3) некоторые стороны изучаемого объекта

4) несущественные стороны изучаемого объекта

К основным устройствам компьютера относится

1) ксерокс

2) системный блок

3) факсимильное устройство

4) модем

Устройство для ввода символьной информации

1) монитор

2) клавиатура

3) мышь

4) принтер

Устройство компьютера, которое производит обработку информации, называется

1) монитор

2) процессор

3) клавиатура

4) мышь

Комплекс системных и служебных программ, обеспечивающих работу компьютера, называется

1) текстовый редактор

2) графический редактор

3) операционная система

4) браузер

Свойство операционной системы Windows, позволяющее представлять программы в виде рисунков, пиктограмм

1) графичность

2) многозадачность

3) единообразие

4) разносторонность

Программа, позволяющая создавать, просматривать, обрабатывать и редактировать цифровые изображения (рисунки, картинки, фотографии) на компьютере

1) текстовый редактор

2) графический редактор

3) электронные таблицы

4) браузер

Компьютерным вирусом является

1) программа проверки и лечения дисков

2) программа, скопированная с ошибкой

3) программа, которая может приписывать себя к другим программам для выполнения несанкционированного доступа

4) спам

Отсутствие какого-либо риска, в случае которого возникают негативные последствия (вред) в отношении кого-либо или чего-либо

1) эргономика

2) гигиена

3) безопасность

4) техника безопасности

Совокупность компьютеров, соединенных каналами для обмена информацией и находящиеся в пределах одного (или нескольких) помещения, здания называется

1) глобальной компьютерной сетью

2) региональной компьютерной сетью

3) локальной компьютерной сетью

4) системной компьютерной сетью

Дополнительная часть

Задание 1 (работа в программе MS Word)

1. Создайте текстовый файл по образцу (шрифт –Batang, выравнивание – по центру, цвет каждой строки – произвольный (отличный от черного), размер шрифта – любой, отличный от 12, к последней строке применить начертание – полужирный курсив, междустрочный интервал — полуторный).

2. Скопируйте текст.

3. Из копии сделайте маркированный список с произвольным форматом маркера.

4. Сохраните текст с именем ВЕТЕР.

Ветер принес издалёка

Песни весенней намек,

Где-то светло и глубоко

Неба открылся клочок.

 

 

Преподаватель _________ Артамонова И.В.


ГОБПОУ «Конь-Колодезский аграрный техникум»

Рассмотрено цикловой методической комиссией общеобразовательных предметов «___» ____________2020 г. Председатель ____________ О.Н.Тибаткина Экзаменационный билет №2 по учебному предмету «Информатика»     35.02.15 Кинология Утверждаю Заместитель директора по учебной работе   ___________ М.Н.Киселёва   «___» ____________2020 г.  

Обязательная часть

С чем связан второй информационный прорыв в истории человеческого общества

1) с изобретением письменности

2) с изобретением книгопечатания

3) с изобретением телефона, радио

4) с созданием электронно-вычислительных машин

Информацию, соответствующую текущему моменту времени, называют

1) понятной

2) полезной

3) объективной

4) актуальной

Примером хранения информации может служить

1) беседа одноклассников

2) перекличка присутствующих

3) заучивание стихотворения

4) кодирование информации

Файл с именем Ivanov.doc хранится на жестком диске. Какую информацию он содержит

1) видеоинформацию

2) звуковую информацию

3) графическую информацию

4) текстовую информацию

Один байт равен

1) 10 бит

2) 1024 бит

3) 8 бит

4) 1 бит

Материальной моделью является

1) макет самолёта

2) чертёж

3) карта

4) диаграмма

Запоминающее устройство компьютера, находящееся в системном блоке

1) жесткий диск

2) flash-память

3) компакт-диск

4) все ответы верны

Устройство компьютера, выполняющее арифметические и логические операции

1) монитор

2) процессор

3) клавиатура

4) принтер

Устройство компьютера, выполняющее арифметические и логические операции

1) монитор

2) процессор

3) клавиатура

4) принтер

При выключении компьютера вся информация стирается

1) на CD-диске

2) на жёстком диске

3) в оперативной памяти

4) в постоянной памяти

Операционная система это

1) прикладная программа

2) системная программа

3) система программирования

4) все ответы верны

Программа, представляющая собой удобный инструмент для автоматизации вычислений

1) текстовый редактор

2) графический редактор

3) электронные таблицы

4) браузер

Свойство операционной системы Windows, позволяющее одновременно работать с несколькими программами

1) графичность

2) многозадачность

3) единообразие

4) разносторонность

Программы, осуществляющие поиск сетевых адресов

1) спам

2) черви

3) макросы

4) вакцины

Режим информационной безопасности, предусматривающий законы, нормативные акты, стандарты и т.п.

1) законодательный

2) административный

3) процедурный

4) программно-технический

Уникальный сетевой адрес компьютера в компьютерной сети

1) физический

2) юридический

3) IP-адрес

4) mail-адрес

 


Дополнительная часть

Задание 1 (работа в программе MS Word)

1. Создайте текстовый файл по образцу (шрифт – Arial, выравнивание – по ширине, цвет первой строки – красный, остальных – произвольный (отличный от черного), размер шрифта – любой, отличный от 12, к последней строке применить начертание – подчеркнутый курсив, междустрочный интервал — полуторный).

2. Скопируйте текст.


3. Из копии сделайте нумерованный список с произвольным форматом номера.

4. Сохраните текст с именем ВЕСЕННИЙ ДОЖДЬ.

 

Две капли брызнули в стекло,

От лип душистым медом тянет,

И что-то к саду подошло,

По свежим листьям барабанит.

 

Преподаватель _________ Артамонова И.В.

 

 

 

ГОБПОУ «Конь-Колодезский аграрный техникум»

Рассмотрено цикловой методической комиссией общеобразовательных предметов «___» ____________2020  г. Председатель ____________ О.Н.Тибаткина Экзаменационный билет №3 по учебному предмету «Информатика»     38.02.01 Экономика и бухгалтерский учет (отрасль Сельское хозяйство) Утверждаю Заместитель директора по учебной работе   ___________ М.Н.Киселёва   «___» ____________2020 г.  

Обязательная часть

Информационная культура общества предполагает

1) знание современных программных продуктов

2) знание иностранных языков и умение использовать их в своей деятельности


3) умение целенаправленно работать с информацией и использовать ее для получения, обработки и передачи в компьютерную информационную технологию

4) знание правовых норм

Свойство информации полно и правильно отображать существующие процессы и явления

1) достоверность

2) ценность

3) понятность

4) актуальность

Для передачи информации необходимо

1) источник, канал передачи

2) приёмник, канал передачи

3) источник, приёмник, канал передачи

4) канал передачи

Файл с именем Ivanov.avi хранится на жестком диске. Какую информацию он содержит

1) видеоинформацию

2) звуковую информацию

3) графическую информацию

4) текстовую информацию

Бит — это

1) только ноль

2) только единица

3) ноль или единица

4) все ответы правильные

Знаковой моделью является

1) анатомический муляж

2) макет здания

3) модель корабля

4) диаграмма

Процессор обрабатывает информацию

1) в десятичной системе счисления

2) в текстовом виде

3) в двоичном коде

4) в символах

Устройство для вывода информации на бумагу

1) монитор

2) сканер

3) принтер

4) модем

Укажите, в какой группе перечислены устройства ввода информации

1) принтер, винчестер, мышь

2) винчестер, лазерный диск, модем

3) монитор, принтер, звуковые колонки

4) сканер, мышь, клавиатура

Файл — это

1) единица измерения информации

2) программа или данные на диске, имеющее имя

3) программа в оперативной памяти

4) последовательность папок, разделенных наклонной чертой /

Программа Microsoft Word предназначена

1) для работы с текстовыми документами

2) для работы с электронными таблицами

3) для создания рисунков

4) для создания презентаций

Окно — это

1) рабочая область экрана

2) основное средство общения с windows

3) приложение windows

4) событие Windows

Свод правил поведения человека в быту и на производстве, целью которых является улучшение и сохранение здоровья человека

1) эргономика

2) гигиена

3) безопасность

4) техника безопасности

Неопасные компьютерные вирусы могут привести

1) к сбоям и зависаниям при работе компьютера

2) к потере программ и данных

3) к форматированию винчестера

4) к уменьшению свободной памяти компьютера

Совокупность компьютеров, соединённых каналами для обмена информацией, охватывающая большие территории (города, страны, континенты), называется

1) глобальной компьютерной сетью

2) региональной компьютерной сетью

3) локальной компьютерной сетью

4) государственной компьютерной сетью

 


Дополнительная часть

 

Задание 1 (работа в программе MS Word)

1. Создайте текстовый файл по образцу (шрифт – Century Gothic, выравнивание – по правому краю, цвет второй строки – красный, остальных – произвольный (отличный от черного), размер шрифта – любой, отличный от 12, к последней строке применить начертание – подчеркнутый полужирный, междустрочный интервал — двойной).

2. Скопируйте текст.

3. Из копии сделайте маркированный список c произвольным форматом маркера.

4. Сохраните текст в созданной Вами папке с именем ДОЖДЛИВОЕ ЛЕТО

 

Покрыты слегшими травами,

Не зыблют колоса поля,

И, пресыщенная дождями,

Не верит солнышку земля.

 

 

Преподаватель _________ Артамонова И.В.


ГОБПОУ «Конь-Колодезский аграрный техникум»

Рассмотрено цикловой методической комиссией общеобразовательных предметов «___» ____________2020 г. Председатель ____________ О.Н.Тибаткина Экзаменационный билет №4 по учебному предмету «Информатика»     38.02.01 Экономика и бухгалтерский учет (отрасль Сельское хозяйство) Утверждаю Заместитель директора по учебной работе   ___________ М.Н.Киселёва   «___» ____________2020 г.  

Обязательная часть

С чем связан третий информационный прорыв в истории человеческого общества

1) с изобретением письменности

2) с изобретением книгопечатания

3) с изобретением телефона, радио

4) с созданием электронно-вычислительных машин

Свойство информации, отражающее её важность для решения задачи

1) понятность

2) ценность

3) достоверность

4) субъективность

К какому информационному процессу относится процесс поиска информации

1) обработка

2) хранение

3) передача

4) кодирование

арифметико-логическое устройство — это… Что такое арифметико-логическое устройство?


арифметико-логическое устройство
арифме́тико-логи́ческое устро́йство

(АЛУ), часть процессора компьютера, в которой непосредственно выполняются арифметические и логические операции над числами, обычно выраженными в двоичном коде. Состоит из двоичных сумматоров, регистров для кратковременного хранения чисел и устройства управления. Основными параметрами являются разрядность (32–64 разряда в современных компьютерах) и быстродействие (время выполнения одной элементарной операции, напр. сложения). Строится с помощью логических элементов – электронных устройств, выполняющих простейшие логические операции над входными сигналами в соответствии с правилами алгебры логики.

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.

.

  • ареометр
  • арифмометр

Смотреть что такое «арифметико-логическое устройство» в других словарях:

  • арифметико-логическое устройство — АЛУ Часть процессора, выполняющая набор его арифметических и логических команд. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом Синонимы АЛУ EN ALUArithmetic Logic Unit …   Справочник технического переводчика

  • арифметико-логическое устройство — (АЛУ), часть ЭВМ, в которой непосредственно выполняются арифметические и логические операции над числами …   Энциклопедический словарь

  • АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО — (АЛУ), часть ЭВМ, в к рой непосредственно выполняются арифметич. и логич. операции над числами …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Арифметическо-логическое устройство — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

  • Читающее устройство —         читающий автомат, устройство для автоматического распознавания изображений букв, цифр или других знаков, напечатанных или написанных на бумаге в обычном для человека виде. Ч. у. предназначены преимущественно для автоматического ввода… …   Большая советская энциклопедия

  • ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО — (ЦПУ), часть цифрового компьютера, которая управляет всеми операциями. В большинстве современных компьютеров ЦПУ состоит из одной СЛОЖНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ (ИС), выполненной в виде ЧИПА, носящего название МИКРОПРОЦЕССОРА. ЦПУ содержит также… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • АЛУ — арифметико логическое устройство …   Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

  • КОМПЬЮТЕР — устройство, выполняющее математические и логические операции над символами и другими формами информации и выдающее результаты в форме, воспринимаемой человеком или машиной. Первые компьютеры использовались главным образом для расчетов, т.е.… …   Энциклопедия Кольера

  • АЛУ — арифметико логическое устройство арифметическое логическое устройство …   Словарь сокращений русского языка

  • Процессор —         центральное устройство ЦВМ, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом и взаимодействием устройств вычислительной машины. Иногда вместо термина «П.» употребляют… …   Большая советская энциклопедия

Устройство, выполняющее арифметические и логические операции — КиберПедия

Устройство управления

Память для хранения программ и данных

Устройства для ввода/вывода информации

устройство транспонирования энтропийной матрицы инцидентности

устройство, реализующее взаимодействие компьютеров в сети

 

 

В принципы фон Неймана работы компьютера входят:

Принцип программного управления

Принцип однородности памяти

Принцип адресности

принцип программного обеспечения

принцип логарифмической трансцендентальности

 

Принципы функционирования компьютера фон Неймана включают:

обязательное наличие внешней памяти (винчестера)

наличие операционной системы

Данные и программы, должны быть представлены в двоичной системе

Ячейки памяти должны иметь адреса для реализации последовательного выполнения команд программы

 

Первый компьютер («Марк 1») был изготовлен в…

Г.

1960 г.

1899 г.

1927 г.

1933 г.

 

Элементной базой первого поколения ЭВМ являлись…

полупроводниковые схемы

транзисторы

Электронно-вакуумные лампы

чипы

 

 

Персональными ЭВМ являются:

БЭСМ-6

IBM PC

Марк-1

ЭНИАК

Минск-32

ЭВМ на базе CPU AMD Athlon XP 3000+

 

Первый в истории вычислительной техники программист…

Норберт Винер

Ада Лавлейс

Никлаус Вирт

Чарльз Бэббидж

 

Копирование изображения с экрана монитора в буфер обмена данных осуществляется клавишей …

Print Screen

Insert

Scroll Lock

F5

 

Архитектура современного персонального компьютера подразумевает такую логическую организацию аппаратных компонент компьютера, при которой …

 

Все устройства связываются друг с другом через магистраль, включающую в себя шины данных, адресов и управления

каждое устройство связывается с другим напрямую

устройства связываются друг с другом в определенной строго фиксированной последовательности

связь устройств осуществляется через центральный процессор, к которому они все подключаются

 

Устройством ввода является…

принтер

модем

Сенсорный монитор

винчестер

 

Совокупность ЭВМ и программного обеспечения называется …

вычислительной системой

построителем кода

Встроенной системой

интегрированной системой

 

 

Компьютеры, созданные для решения сложных вычислительных задач, – это …

Суперкомпьютеры

карманные персональные компьютеры

серверы

персональные компьютеры

 

 

BIOS (basic input/output system) — это …

блок питания процессора



программа загрузки пользовательских файлов

биологическая операционная система

Набор программ, выполняющих инициализацию устройств компьютера и его первоначальную загрузку

 

 

Аббревиатура BIOS расшифровывается как …

Базовая система ввода-вывода

соединение периферийных компонентов

расширенный параллельный порт

универсальная последовательная магистраль

 

Типы операций, выполняемые микропроцессором:

геометрические

Арифметические

алгебраические

тригонометрические

Логические

финансовые

 

 

Разрядность микропроцессора – это…

Количество бит, обрабатываемых за один такт работы

ширина его шины адреса

физический объём его регистров

размер кэш–памяти

 

Микропроцессор служит для:

Управления работой всех частей компьютера

Выполнения арифметических операций

Выполнения логических операций

ввода/вывода информации

подключения компьютера к каналу связи

 

В состав микропроцессора входит:

ОЗУ

АЛУ

УУ

ПЗУ

 

На материнской плате находятся:

Микропроцессор

Микросхема BIOS

винчестер

Модули оперативной памяти

Системная шина

модем

 

 

CD-ROM — это …

устройство для чтения оптических дисков

лазерный проигрыватель

Дисковод для чтения и записи на магнитные диски

адаптер ввода информации в компьютер

 

 

Шины служат для…

Обмена сигналами между устройствами компьютера

кратковременного хранения данных и команд

выполнения арифметических и логических операций

подачи импульсов напряжения

 

Кэш-память – это…

память для работы с периферийными устройствами

Сверхбыстродействующая память

память для работы в защищённом режиме

виртуальная память

 

При выключении компьютера содержимое оперативной памяти…

сохраняется до следующего включения



Очищается

архивируется

рассылается по локальной сети

 

Время доступа к кэш–памяти…

Меньше, чем к ОЗУ

больше, чем к ОЗУ

примерно сопоставимо с доступом к ОЗУ

зависит от операции

 

Параметрами монитора являются:

Размер зерна

частота задающего генератора

входящий IP-трафик

Размер диагонали в дюймах

 

Существующие типы принтеров:

Матричные

жидкокристаллические

Лазерные

Струйные

плазменные

 

 

Аппаратное подключение внешних устройств к компьютеру осуществляется через …

Контроллер (или адаптер)

драйвер

регистр

стриммер

 

Среди перечисленных видов памяти наибольший объем информации может хранить …

оперативная память

кэш-память

микропроцессорная память

Постоянная память

 

Энергозависимым устройством памяти персонального компьютера является …

ОЗУ

ПЗУ

Flash USB Drive

жесткий диск

 

 

ВВОД слова (значения):

 

Элементной базой второго поколения ЭВМ являлись… полупроводниковые приборы

________________

 

 

Разработчик классических принципов работы ЭВМ… Джон фон Неймана

___________________

 

 

Идея использования двоичной системы счисления вычислительных устройствах принадлежит …Ч. Бэббиджу

___________________

 

 

В основу построения большинства компьютеров положены следующие принципы, сформулированные Джоном фон Нейманом: принцип программного управления, принцип однородности памяти и принцип … адресности

__________________

 

 

Память с произвольным доступом – это…

______RAM________

 

Аббревиатура памяти только для чтения…

_____ROM_____

 

 

Набор программ, выполняющих инициализацию устройств компьютера и его первоначальную загрузку — это…BIOS

___________

 

 

Раздел 3. Программные средства реализации информационных процессов.

 

Основными функциями ОС являются:

интерпретация пользовательских программ

Арифметические и логические (битовые) операции. Маски






Содержание урока

§26. Особенности представления чисел в компьютере
§27. Хранение в памяти целых чисел
§28. Операции с целыми числами

Сложение и вычитание

Умножение и деление

Сравнение

Поразрядные логические операции

Сдвиги

Вопросы и задания

Задачи

§29. Хранение в памяти вещественных чисел

§28. Операции с целыми числами


Поразрядные логические операции

В главе 3, изучая основы математической логики, мы увидели, что обработка истинности и ложности высказываний может быть представлена как набор операций с двоичными кодами. Оказывается, что логические операции, введённые первоначально для обработки логических данных, можно формально применить к битам двоичного числа, и такой подход широко используется в современных компьютерах.

Рассмотрим электронное устройство для управления гирляндой лампочек. Состояние каждой лампочки будет задаваться отдельным битом в некотором управляющем регистре: если бит равен нулю, лампочка выключена, если единице — включена. Для получения различных световых эффектов (типа «бегущих огней») требуется зажигать или гасить отдельные лампочки, менять их состояние на противоположное и т. д. (рис. 4.11). Точно так же биты регистров используются для управления внешними устройствами.

Рис. 4.11

Будем применять логические операции к каждому биту числа, как обычно, считая, что 1 соответствует значению «истина», а 0 — «ложь». Эти операции часто называют поразрядными или битовыми, поскольку действия совершаются над каждым разрядом в отдельности, независимо друг от друга 1.

Введём несколько терминов, которые используются в литературе по вычислительной технике. Сброс — это запись в бит нулевого значения, а установка — запись единицы. Таким образом, если бит в результате какой-то операции становится равным нулю, то говорят, что он сбрасывается. Аналогично, когда в него записана единица, говорят, что бит установлен.

Маска — это константа (постоянная), которая определяет область применения логической операции к битам многоразрядного числа. С помощью маски можно скрывать (защищать) или открывать для выполнения операции отдельные биты 2.


1 Для сравнения, сложение (как и другие арифметические действия) не является поразрядной операцией, поскольку возможен перенос из младшего разряда в старший.

2 Использование маски аналогично выделению области рисунка в графическом редакторе — для выделенных пикселей маска равна 1, для остальных — нулю.


Основные логические операции в современных процессорах — это «НЕ» (not), «И» (and), «ИЛИ» (or) и «исключающее ИЛИ» (хог).

Логическое «НЕ» (инвертирование, инверсия, not) — это замена всех битов числа на обратные значения: 0 на 1, а 1 — на 0. Эта операция используется, например, для получения дополнительного кода отрицательных чисел (см. алгоритм А1 в § 27). «НЕ» — это унарная операция, т. е. она действует на все биты одного числа. Маска здесь не используется.

Логическое «И» (and). Обозначим через D содержимое некоторого бита данных, а через М — значение соответствующего ему бита маски. Операция «И» между ними задаётся таблицей, показанной на рис. 4.12.

Рис. 4.12

Из таблицы видно, что при выполнении логического «И» нулевой бит в маске всегда сбрасывает (делает равным нулю) соответствующий бит результата, а единичный бит позволяет сохранить значение D (как бы пропускает его, открывая «окошко»).

С помощью логической операции «И» можно сбросить отдельные биты числа (те, для которых маска нулевая), не меняя значения остальных битов (для которых в маске стоят единицы).

Например, операция X and 1 сбросит у любого числа X все биты, кроме самого младшего. С помощью этого приёма легко узнать, является ли число чётным: остаток от деления на 2 равен последнему биту!

Логическое «ИЛИ». Вспомнив таблицу истинности логической операции «ИЛИ» (or), можно обнаружить, что в ноль в маске сохраняет бит (X or 0 = X), а единица устанавливает соответствующий бит результата (X or 1 = 1) (рис. 4.13).

Рис. 4.13

С помощью логической операции «ИЛИ» можно установить отдельные биты числа (те, для которых маска единичная), не меняя значения остальных битов (для которых в маске стоят нули).

Например, операция X or 8016 установит старший бит восьмиразрядного числа X, формально сделав тем самым число отрицательным.

Таким образом, используя операции «И» и «ИЛИ», можно сбрасывать и устанавливать любые биты числа, т. е. строить любой нужный двоичный код. Где это может пригодиться? Рассмотрим примеры решения конкретных задач.

Пример 1. На клавиатуре набраны 3 цифры, образующие значение целого числа без знака. Определить, какое число было введено.

При нажатии клавиши на клавиатуре в компьютер поступает код нажатой клавиши. Выпишем десятичные и шестнадцатеричные коды всех символов, обозначающих цифры:

Будем пользоваться шестнадцатеричными кодами: как видно из таблицы, их связь с цифрами числа гораздо нагляднее. Чтобы получить числовое значение цифры из кода символа X, достаточно сбросить его старшие четыре бита, не изменяя значений четырёх младших битов. Для этого нужно использовать операцию X and 0F16.

Пусть S1 — код первого введённого символа, S2 — второго, S3 — третьего, а N обозначает искомое число. Тогда алгоритм перевода кодов символов в число выглядит так:

1. N = 0.

2. W = S1 and 0F16 (выделяем первую цифру).

3. N = 10 • N + W (добавляем её к числу).

4. W = S2 and 0F16 (выделяем вторую цифру).

5. N = 10 • N + W (добавляем её к числу).

6. W = S3 and 0F16 (выделяем третью цифру).

7. N = 10 • N + W (добавляем её к числу).

Пусть, например, набраны символы ‘1’, ‘2’ и ‘3’. Тогда по таблице находим, что S1 =3116, S2 = 3216 и S3 =3316. Значение W на втором шаге вычисляется так:

Так как W = 1, на третьем шаге получаем N = 1. Следующая пара шагов — четвёртый и пятый — дают результаты W = 2 и N = 12 соответственно. Наконец, результат завершающих шагов: W = 3 и N = 123.

Такая процедура используется в каждом компьютере: именно так коды цифровых символов, набранные на клавиатуре, преобразуются в числа, с которыми компьютер выполняет арифметические действия. Заметим, что фактически здесь использована схема Горнера для представления целого числа (см. § 10).

Пример 2. Создадим структуру данных S, которая отражает, есть или нет в некотором числе каждая из цифр от 0 до 9. В математике такая структура называется множеством.

Для хранения S будем использовать 16-разрядное целое число (рис. 4.14).

Рис. 4.14

Договоримся, что младший бит числа имеет номер 0 и хранит информацию о том, есть во множестве цифра 0 (если этот бит равен 0, такой цифры нет, если равен 1, то есть). Аналогично первый бит (второй по счёту справа) показывает, есть ли во множестве цифра 1, и т. д. Старшие биты 10-15 при этом не используются. Например, во множестве, изображенном на рис. 4.14, есть только цифры 0, 3, 6 и 9.

Для записи элементов во множество и проверки их наличия удобно использовать логические операции. Рассмотрим для примера бит 5. Маска, которая потребуется для обращения к нему, — это единица в пятом разряде и нули во всех остальных, т. е. М = 002016. С её помощью можно добавить элемент к множеству с помощью операции «ИЛИ»: S = S or М. А узнать, есть ли во множестве интересующая нас цифра, можно, выделив соответствующий бит с помощью логического «И» (Р = S and М) и проверив результат на равенство нулю.

Исключающее ИЛИ. Как видно из таблицы истинности, операция «исключающее ИЛИ» (хог) не изменяет биты, когда маска нулевая, и меняет биты на противоположные при единичной маске (рис. 4.15).

Рис. 4.15

Например, команда Y = Y хоr FF16 выполняет инверсию всех битов 8-разрядного целого числа. Напомним, что это один из этапов получения дополнительного кода отрицательных чисел.

С помощью логической операции «исключающее ИЛИ» можно выполнить инверсию отдельных битов числа (тех, для которых маска единичная), не меняя значения остальных битов (для которых в маске стоят нули).

Пример 3. Пусть X — это результат выполнения некоторого вычислительного теста, а Y — то, что ожидалось получить («правильное» значение). Нужно определить, в каких разрядах различаются эти числа (для инженера это очень полезная подсказка, где искать неисправность).

Предположим, что Х = 7, Y = 3. В результате операции X хоr У устанавливаются (в единицу) только те разряды, которые в этих числах не совпали, а остальные сбрасываются 3. В данном случае находим, что числа различаются только одним битом:


3 Профессиональные программисты часто используют операцию хоr для обнуления переменной: команда R := R хоr R запишет в переменную R ноль, независимо от её начального значения.


Пример 4. Используя логическую операцию «исключающее ИЛИ», можно шифровать любые данные. Покажем это на примере простого текста ‘2*2=4’.

Выберем любую маску, например 2310 = 0001 01112. Эта маска представляет собой ключ шифра — зная ключ, можно расшифровать сообщение. Возьмём первый символ — цифру ‘2’, которая имеет код 5010 = ООН 00102, и применим операцию «исключающее ИЛИ» с выбранной маской:

Полученное значение 0010 01012 = 3710 — это код символа ‘%’. Для расшифровки применим к этому коду «исключающее ИЛИ» с той же маской:

В результате получили число 50 — код исходной цифры ‘2’.

Повторное применение операции «исключающее ИЛИ» с той же маской восстанавливает исходное значение, т. е. эта логическая операция обратима.

Если применить такую процедуру шифрования ко всем символам текста ‘2*2=4’, то получится зашифрованный текст ‘%=%*#’.

Обратимость операции «исключающее ИЛИ» часто используется в компьютерной графике для временного наложения одного изображения на другое. Это может потребоваться, например, для выделения области с помощью инвертирования её цвета.

Следующая страница Сдвиги

Cкачать материалы урока

Арифметико-логическое устройство — Студопедия

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – важнейшая часть процессора. Оно позволяет выполнять разнообразные арифметические и логические операции над операндами. Вид выполняемой в АЛУ операции определяет программист, составляющий управляющую программу. Программа, хранящаяся в оперативной памяти, по частям передается в процессор, где и выполняется. Таким образом, процессор лишь исполняет указания программиста, выраженные в виде совокупности команд (программы).

Процессор (как и все другие цифровые устройства) воспринимает управляющие сигналы и операнды в виде двоичных чисел. Результат также формируется в виде двоичных чисел. Однако программисты составляют управляющие программы чаще всего на языках программирования высокого уровня (Паскаль, Бейсик, Си…). В момент трансляции программы ее текст превращается в набор двоичных чисел (объектный код). Именно эти двоичные числа заставляют процессор (в том числе и АЛУ) выполнять операции, запланированные программистом.

Структурная схема простейшего АЛУ показана на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Структурная схема простейшего АЛУ

Два многоразрядных операнда (числа, буквы, символы и т.д.), подлежащие обработке в АЛУ, подаются на входы А и В. Результат выполнения операции появляется на выходе F. Вид операции, выполняемой в АЛУ, определяется сигналами, которые подаются на входы S и M. Таким образом при сложении чисел 2 и 3 одно из них подается на вход А, а второе – на вход В. В этот момент на шины S и М подается двоичное число, которое на обыденном языке означает команду (приказ) «Выполнить арифметическое сложение». Результат сложения – число 5 появляется на выходе F.


У входов M и S одинаковое назначение – определять вид выполняемой в АЛУ операции. Эти входы разделены лишь с методической целью. Сигнал на входе М (Mode – режим) определяет, какую операцию будет выполнять АЛУ – логическую или арифметическую.

Рассматриваемый простейший тип АЛУ (К155ИП3, американский аналог – 74181) имеет малую разрядность – лишь 4 бита. По этой причине разработчики АЛУ предусмотрели возможность увеличения (наращивания) разрядности устройства (в случае возникновения такой необходимости). Увеличить разрядность АЛУ можно за счет использования нескольких секций (микросхем) и двух специальных шин C0 и Cn+1.

Шина C0 при создании многоразрядных конструкций используется для приема переноса, формируемого в предыдущей (младшей) секции (микросхеме). Шина Cn+1 служит для передачи арифметического переноса из младшей секции в старшую. Другими словами: если у разработчика в наличии имеется n-разрядное АЛУ, то для получения разрядности 2n нужно взять еще одну аналогичную микросхему, объединить параллельно входы S и M, а выход Cn+1 младшей секции соединить со входом C0 старшей секции (микросхемы). Логические и арифметические операции отличаются тем, что в логических операциях вычисления производятся поразрядно (между собой взаимодействуют только одноименные разряды и переносов между разрядами нет). При выполнении арифметических операций в случае необходимости происходят переносы между соседними разрядами (от младшего разряда к старшему).


Проиллюстрируем сказанное двумя примерами: логической операцией Исключающее ИЛИ и арифметическим сложением. Обе операции выполняются по одинаковым правилам, но в арифметическом сложении допускается перенос между разрядами.

Рис. 8.3. Логические операции Исключающее ИЛИ и арифметическое сложение

Предположим, что имеется два десятичных числа A = 12D и B = 10D. В двоичной системе счисления эти числа имеют вид: A =1100B и B =1010B.

В результате выполнения логической операции Исключающее ИЛИ получается четырехразрядное число 0110B. После выполнения арифметического сложения на выходе F появляется четырехразрядное число 0110B, а на шине Cn+1 присутствует логическая единица. Этот сигнал свидетельствует о возникновении переноса в пятый разряд, т. е. в следующую старшую секцию восьмиразрядного АЛУ.

Работу четырехразрядного АЛУ можно описать выражением:

В этой формуле индексами i отмечены номера разрядов операндов A и B и выходного сигнала F.

Если на управляющие входы такого АЛУ подать сигналы M = 1, S3 = 1, S2 = 0, S1 = 1, S0 = 1, то АЛУ будет выполнять операцию Fi = Ai ^ Bi, т. е. операцию конъюнкции (логическое умножение). Этот результат получается при подстановке исходных данных в приведенную формулу.

Изменяя пять управляющих сигналов M, S3,…S0, можно «заставить» такое АЛУ выполнить 32 различные операции (16 логических и 16 арифметических).

Так, присутствие на управляющих входах двоичного числа M = 0, S3 = 1, S2 = 0, S1 =0, S0 = 1 заставит АЛУ выполнить арифметическое сложение чисел, поступивших на шины A и B, и к полученному результату прибавить значение переноса из предыдущей секции, т. е. Fi = Ai + Bi + C0.

В табл. 8.2. показано, как, изменяя управляющие сигналы, можно задавать вид выполняемой операции.

Таблица 8.2. Иерархия процессоров и их характеристики

Арифметико-логическое устройство

 

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) – важнейшая часть процессора. Оно позволяет выполнять разнообразные арифметические и логические операции над операндами. Вид выполняемой АЛУ операции определяет программист, составляющий управляющую программу. Программа, хранящаяся в оперативной памяти, по частям передается в процессор, где и выполняется. Таким образом, процессор лишь исполняет указания программиста, выраженные в виде совокупности команд (программы).

Процессор (как и все другие цифровые устройства) воспринимает управляющие сигналы и операнды в виде двоичных чисел. Результат также формируется в виде двоичных чисел. Однако программисты составляют управляющие программы чаще всего на языках программирования высокого уровня (Паскаль, Бейсик, Си…). В момент трансляции программы ее текст превращается в набор двоичных чисел (объектный код). Именно эти двоичные числа заставляют процессор (в том числе и АЛУ) выполнять операции, запланированные программистом.

Структурная схема простейшего АЛУ показана на рисунке выше.

Два многоразрядных операнда (числа, буквы, символы и т.д.), подлежащие обработке в АЛУ, подаются на входыА и В. Результат выполнения операции появляется на выходе F. Вид операции, выполняемой в АЛУ, определяется сигналами, которые подаются на входы S иM.

Таким образом при сложении чисел 2 и 3 одно из них подается на входА, а второе на — вход В. В этот момент времени на шины Sи М подается двоичное число, которое на обыденном языке означает команду (приказ) «Выполнить арифметическое сложение». Результат сложения – число 5 появляется на выходе F.  

У входов M и S одинаковое назначение – определять вид выполняемой в АЛУ операции. Эти входы разделены лишь с методической целью. Сигнал на входе М (Mode – режим) определяет, какую операцию будет выполнять АЛУ – логическую или арифметическую.

Например, простейший тип АЛУ (К155ИП3, американский аналог — 74181) имеет малую разрядность – лишь 4 бита. По этой причине разработчики АЛУ предусмотрели возможность увеличения (наращивания) разрядности устройства (в случае возникновения такой необходимости). Увеличить разрядность АЛУ можно за счет использования нескольких секций (микросхем) и двух специальных шин C0 и Cn+1.

Шина C0 при создании многоразрядных конструкций используется для приема переноса, формируемого в предыдущей (младшей) секции (микросхеме). Шина Cn+1 служит для передачи арифметического переноса из младшей секции в старшую. Другими словами: если у разработчика в наличии имеется n-разрядное АЛУ, то для получения разрядности 2n нужно взять еще одну аналогичную микросхему, объединить параллельно входы S и M, а выход Cn+1 младшей секции соединить со входом C0 старшей секции (микросхемы).

Логические и арифметические операции отличаются тем, что в логических операциях вычисления производятся поразрядно (между собой взаимодействуют только одноименные разряды и переносов между разрядами нет). При выполнении арифметических операций в случае необходимости происходят переносы между соседними разрядами (от младшего разряда к старшему).

Проиллюстрируем сказанное двумя примерами: логической операцией ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и арифметическим сложением. Обе операции выполняются по одинаковым правилам, но в арифметическом сложении допускается перенос между разрядами.

Предположим, что имеется два десятичных числа A= 12D и B = 10D. В двоичной системе счисления эти числа имеют вид: A =1100Bи B =1010B.

В результате выполнения логической операции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ получается четырехразрядное число 0110B.  После выполнения арифметического сложения на выходе F появляется четырехразрядное число 0110B, а на шине Cn+1 присутствует логическая единица.  Этот сигнал свидетельствует о возникновении переноса в пятый разряд, то есть в следующую старшую секцию восьмиразрядного АЛУ.

Работу четырехразрядного АЛУ можно описать выражением:

В этой формуле индексами i отмечены номера разрядов операндов A и B и выходного сигнала F.

Если на управляющие входы такого АЛУ подать сигналы M = 1, S3 = 1, S2 = 0, S1 = 1, S0 = 1, то АЛУ будет выполнять операциюFi = AiBi, то есть операцию конъюнкции (логическое умножение). Этот результат получается при подстановке исходных данных в приведенную формулу.

Изменяя пять управляющих сигналов M, S3,…S0, можно «заставить» такое АЛУ выполнить 32 различные операции (16 логических и 16 арифметических).

Так присутствие на управляющих входах двоичного числа M = 0, S3 = 1, S2 = 0, S1 =0, S0 = 1 заставит АЛУ выполнить арифметическое сложение чисел, поступивших на шины A и B, и к полученному результату прибавить значение переноса из предыдущей секции, то есть Fi = Ai + Bi+ C0.

Таблица показывает, как, изменяя управляющие сигналы, можно задавать вид выполняемой операции.

 Управляющие сигналы

Выполняемые операции

S3

S2

S1

S0

Логические М = 1

Арифметические М = 0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0000

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

Обозначение АЛУ на схемах

D0, D1 – n- разрядные двоичные коды операндов;

CL – вход переноса. При сдвиге влево – сдвиговый вход;

CR – сдвиговый вход для сдвига вправо;

PL – выход переноса для арифметических операций, сдвиговый выход при сдвиге влево;

PR – сдвиговый выход для сдвига вправо;

F – двоичный управляющий код, который настраивает АЛУ на выполнение заданной микрооперации.

Триггеры

Триггеры представляют собой импульсные устройства, которые характеризуются наличием двух устойчивых состояний. Простейший триггер имеет два входа и два выхода (рис. 4.1). Выходы обозначают Q и /Q. Выход Q называют прямым, a /Q — инверсным. Уровни напряжения на обоих выходах взаимно инверсны: если сигнал Q = 1, то /Q = 0, либо если Q = 0, то /Q = 1. Необходимо еще отметить, что состояние триггера, при котором Q = 1, a /Q = 0, называют единичным. При нулевом состоянии триггера Q = 0 и /Q = 1. С поступлением сигналов на входы триггера в зависимости от его состояния либо происходит переключение, либо исходное состояние сохраняется. В зависимости от функциональной связи между логическими сигналами на входах и выходах триггеры в интегральном исполнении имеют следующие наименования: /R/S, RS, D, Т, JK и некоторые другие. Теми же буквами обозначают и входы триггеров.

RS триггер

Триггер типа RS «запоминает», на какой из двух входов (R или S) поступил последний сигнал: если на вход R, триггер находится в нулевом состоянии (Q = 0 и /Q = 1), а если на вход S, то в единичном состоянии (Q = 1 и /Q = 0).

R (reset) – сбросить в 0

S(Set) – установить в 1

R&S=0 – хранить содержимое

Работа RS-триггера характеризуется следующей таблицей состояний:

Rn

Sn

Qn+1

/Qn+1

0

0

Qn

/Qn

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

Неопределенное состояние

Изменение входных сигналов от низкого уровня до высокого приводит к смене состояния триггера (моменты t1, t2, t2 и t5; в момент t4 изменения не происходит, так как триггер уже установлен в единичное состояние в предшествующий момент — t3).

T-триггер

Состояние T-триггера меняется с поступлением на вход очередного импульса

.

Таблица состояний T-триггера имеет следующий вид:

Tn

Qn+1

/Qn+1

0

Qn

/Qn

1

/Qn

Qn

D-Триггер

Триггер типа D — это устройство с двумя устойчивыми выходными состояниями. Сменой состояния управляют сигналы на информационном входе D (рис. 5.1), но переключение происходит не сразу, а с приходом тактового импульса на второй вход С. Важнейшее свойство D-триггеров в том, что, как только на вход С поступает импульс, на выходе Q устанавливается тот же уровень напряжения, который в этот момент действует на входе D, т. е. переброс триггера происходит с некоторым отставанием dt относительно смены сигнала на входе D. Поэтому D-триггеры еще называют триггерами задержки.

D-триггер имеет следующую таблицу состояний:

C

Dn

Qn+1

/Qn+1

1

1

1

0

1

0

0

1

Состояние выхода Q совпадает с состоянием входа D в момент поступления тактового импульса на вход С.

JK-Триггер

Триггер типа JK представляет собой устройство с двумя устойчивыми выходными состояниями, обладающее двумя информационными входами J и K (рис. 7.1). По принципу действия он сходен с RS-триггером, с той разницей, что в состояниях JK-триггера нет неопределенности при одновременном поступлении сигналов высокого уровня на оба входа.

Когда на входы J и К одновременно поступает напряжение высокого уровня, JK-триггер меняет свое состояние на противоположное. В этом и состоит различие между JK- и RS-триггерами.

На рис. 7.1В показана схема JK-триггера на ЛЭ И-НЕ. Она отличается от схемы RS-триггера только тем, что элементы DD3 и DD4 включены не как инверторы, а по входам A3 и A4 управляются сигналами с выходов триггера /Q и Q, соответственно.

Работа JK-триггера определяется следующей таблицей состояний:

J

K

Qn+1

/Qn+1

0

0

Qn

/Qn

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

/Qn

Qn

Арифметико-логический блок — Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Арифметико-логический блок (ALU) представляет собой цифровую электронную схему, которая выполняет арифметические и побитовые логические операции с целыми двоичными числами. Этим он отличается от блока с плавающей запятой (FPU), который работает с числами с плавающей запятой. ALU — это фундаментальный строительный блок многих типов вычислительных схем, включая центральный процессор (CPU) компьютеров, FPU и графические процессоры (GPU).Один CPU, FPU или GPU может содержать несколько ALU.

Входы в ALU — это данные, с которыми нужно работать, называемые операндами, и код, указывающий операцию, которая должна быть выполнена; выход ALU — результат выполненной операции. Во многих проектах ALU также обменивается дополнительной информацией с регистром состояния, которая относится к результату текущих или предыдущих операций.

Сигналы

Символьное представление ALU и его входных и выходных сигналов, обозначенных стрелками, указывающими внутрь или из ALU, соответственно.Каждая стрелка представляет один или несколько сигналов.

ALU имеет множество входных и выходных цепей, которые представляют собой общие электрические соединения, используемые для передачи цифровых сигналов между ALU и внешней схемой. Когда ALU работает, внешние схемы подают сигналы на входы ALU, и в ответ ALU вырабатывает и передает сигналы во внешние схемы через свои выходы.

Данные

Базовый ALU имеет три параллельные шины данных, состоящие из двух входных операндов ( A, и B ) и вывода результата ( Y ).Каждая шина данных представляет собой группу сигналов, передающих одно целое двоичное число. Обычно ширина шины A, B и Y (количество сигналов, составляющих каждую шину) идентична и соответствует собственному размеру слова инкапсулирующего ЦП (или другого процессора).

Код операции

Код операции Вход — это параллельная шина, которая передает в АЛУ код выбора операции, который представляет собой пронумерованное значение, определяющее желаемую арифметическую или логическую операцию, которая должна выполняться АЛУ. Размер кода операции (его ширина шины) связан с количеством различных операций, которые может выполнять ALU; например, четырехбитовый код операции может определять до шестнадцати различных операций ALU.Как правило, код операции ALU отличается от кода операции машинного языка, хотя в некоторых случаях он может быть напрямую закодирован как битовое поле внутри кода операции машинного языка.

Статус

Выходы состояния — это различные индивидуальные сигналы, передающие дополнительную информацию о результате операции ALU. Эти выходы обычно хранятся в регистрах, чтобы их можно было использовать в будущих операциях ALU или для управления условным переходом. Набор битовых регистров, в которых хранятся выходные данные состояния, часто рассматривается как один многобитовый регистр, который называется «регистром состояния» или «регистром кода состояния».У универсальных ALU обычно есть такие сигналы состояния, как:

  • Выполнение , который передает перенос в результате операции сложения, заимствования в результате операции вычитания или бит переполнения в результате операции двоичного сдвига.
  • Ноль , который указывает, что все биты шины Y равны логическому нулю.
  • Отрицательный , который указывает, что результат арифметической операции отрицательный.
  • Переполнение , которое указывает, что результат арифметической операции превышает числовой диапазон шины Y.
  • Четность , которая указывает, является ли четное или нечетное количество битов на шине Y логической единицей.

Вход состояния позволяет сделать доступной дополнительную информацию для ALU при выполнении операции. Обычно это бит «переноса», который представляет собой сохраненный перенос из предыдущей операции ALU.

Схема работы

ALU — это комбинационная логическая схема, что означает, что его выходы будут изменяться асинхронно в ответ на изменения входа.В нормальном режиме работы стабильные сигналы подаются на все входы ALU, и, когда прошло достаточно времени (известное как «задержка распространения») для распространения сигналов через схему ALU, результат работы ALU появится на ALU. выходы. Внешняя схема, подключенная к ALU, отвечает за обеспечение стабильности входных сигналов ALU на протяжении всей операции и за предоставление достаточного времени для распространения сигналов через ALU перед выборкой результата ALU.

Обычно внешняя схема управляет ALU, подавая сигналы на его входы.Как правило, внешняя схема использует последовательную логику для управления работой ALU, которая регулируется тактовым сигналом достаточно низкой частоты, чтобы обеспечить достаточно времени для выхода ALU для стабилизации в худших условиях.

Например, ЦП начинает операцию добавления ALU, направляя операнды из их источников (которые обычно являются регистрами) на входы операндов ALU, в то время как блок управления одновременно применяет значение ко входу кода операции ALU, настраивая его для выполнения сложения.В то же время ЦП также направляет вывод результата ALU в регистр назначения, который получит сумму. Входные сигналы ALU, которые остаются стабильными до следующих часов, могут распространяться через ALU и в регистр назначения, пока ЦП ожидает следующих часов. Когда приходят следующие часы, регистр назначения сохраняет результат ALU, и, поскольку операция ALU завершена, входы ALU могут быть настроены для следующей операции ALU.

Функции

ALU обычно поддерживает ряд основных арифметических и поразрядных логических функций.Базовые ALU общего назначения обычно включают в свой репертуар следующие операции:

Арифметические операции

  • Добавьте : A и B суммируются, и сумма появляется в Y и переносе.
  • Сложение с переносом : A, B и перенос суммируются, и сумма отображается в Y и переносе.
  • Вычесть : B вычитается из A (или наоборот), и разница появляется в Y и переносе. Для этой функции выполнение фактически является индикатором «заимствования».Эту операцию также можно использовать для сравнения величин A и B; в таких случаях выход Y может игнорироваться процессором, который интересуется только битами состояния (в частности, нулевым и отрицательным), которые возникают в результате операции.
  • Вычесть с заимствованием : B вычитается из A (или наоборот) с заимствованием (переносом), а разница появляется в Y и переносом (заимствованием).
  • Дополнение до двух (отрицание) : A (или B) вычитается из нуля, и разница появляется в Y.
  • Приращение : A (или B) увеличивается на единицу, и результирующее значение появляется в Y.
  • Decrement : A (или B) уменьшается на единицу, и результирующее значение появляется на Y.
  • Пройти через : все биты A (или B) отображаются без изменений в Y. Эта операция обычно используется для определения четности операнда, равно нулю или отрицательности.

Побитовые логические операции

  • AND : побитовое И для A и B появляется в Y.
  • OR : побитовое ИЛИ A и B появляется в Y.
  • Exclusive-OR : побитовое исключающее ИЛИ для A и B появляется в Y.
  • Дополнение до единицы : все биты A (или B) инвертируются и появляются в Y.

Операции сдвига битов

операции сдвига ALU заставляют операнд A (или B) сдвигаться влево или вправо (в зависимости от кода операции), и смещенный операнд появляется в Y. Простые ALU обычно могут сдвигать операнд только на одну битовую позицию, тогда как более сложные ALU используют цилиндрические сдвиги которые позволяют им сдвигать операнд на произвольное количество бит за одну операцию.Во всех операциях однобитового сдвига бит, смещенный из операнда, появляется при выполнении; значение сдвигаемого в операнд бита зависит от типа сдвига.

  • Арифметический сдвиг : операнд обрабатывается как целое число с дополнением до двух, что означает, что старший бит является «знаковым» битом и сохраняется.
  • Логический сдвиг : в операнд сдвигается логический ноль. Используется для сдвига целых чисел без знака.
  • Повернуть : операнд обрабатывается как кольцевой буфер битов, поэтому его младший и старший биты фактически смежны.
  • Чередовать перенос : бит переноса и операнд вместе обрабатываются как кольцевой буфер битов.

Комплексные операции

Хотя ALU может быть разработан для выполнения сложных функций, в результате более высокая сложность схемы, стоимость, потребляемая мощность и больший размер делают это во многих случаях непрактичным. Следовательно, ALU часто ограничиваются простыми функциями, которые могут выполняться на очень высоких скоростях (то есть с очень короткими задержками распространения), а схема внешнего процессора отвечает за выполнение сложных функций, организуя последовательность более простых операций ALU.

Например, вычисление квадратного корня из числа может быть реализовано различными способами, в зависимости от сложности ALU:

  • Вычисление за один такт : очень сложный ALU, который вычисляет квадратный корень за одну операцию.
  • Конвейер вычислений : группа простых ALU, которые вычисляют квадратный корень поэтапно, с промежуточными результатами, передаваемыми через ALU, организованные как заводская производственная линия. Эта схема может принимать новые операнды до завершения предыдущих и выдает результаты так же быстро, как и очень сложный ALU, хотя результаты задерживаются на сумму задержек распространения каскадов ALU.
  • Итерационное вычисление : простой ALU, который вычисляет квадратный корень через несколько шагов под руководством блока управления.

Приведенные выше реализации переходят от самых быстрых и дорогих к самым медленным и наименее затратным. Квадратный корень вычисляется во всех случаях, но процессорам с простыми ALU потребуется больше времени для выполнения вычисления, потому что необходимо выполнить несколько операций ALU.

История

Математик Джон фон Нейман предложил концепцию ALU в 1945 году в отчете об основах нового компьютера под названием EDVAC. [1]

Стоимость, размер и потребляемая мощность электронных схем были относительно высокими на заре информационной эры. Следовательно, все последовательные компьютеры и многие ранние компьютеры, такие как PDP-8, имели простой ALU, который работал с одним битом данных за раз, хотя они часто предоставляли программистам более широкий размер слова. Одним из первых компьютеров, имевших несколько дискретных однобитовых схем ALU, был Whirlwind I 1948 года, в котором использовалось шестнадцать таких «математических модулей», позволяющих ему работать с 16-битными словами.

В 1967 году Fairchild представила первый ALU, реализованный в виде интегральной схемы, Fairchild 3800, состоящий из восьмиразрядного ALU с аккумулятором. [2] Вскоре появились другие ALU на интегральных схемах, в том числе четырехбитные ALU, такие как Am2901 и 74181. Эти устройства, как правило, поддерживали «битовый сегмент», что означало, что они имели сигналы «с упреждением», что облегчало использование нескольких соединенные между собой микросхемы ALU для создания ALU с более широким размером слова. Эти устройства быстро стали популярными и широко использовались в миникомпьютерах с битовыми срезами.

Микропроцессоры начали появляться в начале 1970-х годов. Несмотря на то, что транзисторы стали меньше, часто не хватало места на кристалле для ALU полной ширины слова, и, как результат, некоторые ранние микропроцессоры использовали узкий ALU, который требовал нескольких циклов для каждой инструкции машинного языка. Примеры этого включают оригинальную Motorola 68000, которая выполняла 32-битную инструкцию «сложения» за два цикла с 16-битным ALU, и популярный Zilog Z80, который выполнял восьмибитное сложение с четырехбитным ALU. [3] Со временем геометрия транзисторов еще больше уменьшилась в соответствии с законом Мура, и стало возможным создавать более широкие ALU на микропроцессорах.

Современные транзисторы интегральных схем (ИС) на порядок меньше, чем у ранних микропроцессоров, что позволяет устанавливать очень сложные ALU на ИС. Сегодня многие современные ALU имеют широкую разрядность и архитектурные усовершенствования, такие как сдвиги и двоичные умножители, которые позволяют им выполнять за один такт операции, которые потребовали бы нескольких операций на более ранних ALU.

См. Также

Список литературы

Внешние ссылки

.Типы данных

R, арифметические и логические операторы с примером

  • Home
  • Testing

      • Back
      • Agile Testing
      • BugZilla
      • Cucumber
      • Database Testing
      • Database Testing
      • 9000 Testing 9000
      • Назад
      • JUnit
      • LoadRunner
      • Ручное тестирование
      • Мобильное тестирование
      • Mantis
      • Почтальон
      • QTP
      • Назад
      • Центр качества SAP
      • SoapUI
      • Управление тестированием
      • TestLink
  • SAP

      • Назад
      • ABAP
      • APO
      • Начинающий
      • Basis
      • BODS
      • BI
      • BPC
      • CO
      • Назад
      • CRM
      • Crystal Reports
      • MMO
      • Crystal Reports
      • Заработная плата
      • Назад
      • PI / PO
      • PP
      • SD
      • SAPUI5
      • Безопасность
      • Менеджер решений
      • Successfactors
      • SAP Back Tutorials
      • 9007
          • Apache
          • AngularJS
          • ASP.Net
          • C
          • C #
          • C ++
          • CodeIgniter
          • СУБД
          • JavaScript
          • Назад
          • Java
          • JSP
          • Kotlin
          • Linux
          • Linux
          • Kotlin
          • Linux
          • js
          • Perl
          • Назад
          • PHP
          • PL / SQL
          • PostgreSQL
          • Python
          • ReactJS
          • Ruby & Rails
          • Scala
          • SQL
          • 000
          • SQL
          • 000 0003 SQL 000 0003 SQL 000
          • UML
          • VB.Net
          • VBScript
          • Веб-службы
          • WPF
      • Обязательно учите!

          • Назад
          • Бухгалтерский учет
          • Алгоритмы
          • Android
          • Блокчейн
          • Business Analyst
          • Создание веб-сайта
          • CCNA
          • Облачные вычисления
          • 00030003 COBOL
              9000 Compiler
                9000 Встроенные системы
              • 00030002 9000 Compiler
                • Ethical Hacking
                • Учебные пособия по Excel
                • Программирование на Go
                • IoT
                • ITIL
                • Jenkins
                • MIS
                • Сети
                • Операционная система
                • 00030003
                • Назад
                • Управление проектами Обзоры
                • Salesforce
                • SEO
                • Разработка программного обеспечения
                • VB A
            • Big Data

                • Назад
                • AWS
                • BigData
                • Cassandra
                • Cognos
                • Хранилище данных
                • 0003
                • HBOps
                • 0003
                • HBOps
                • MicroStrategy
            .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *