1. Микропроцессоры. Определение, классификация, закономерности развития, области применения

2. Арифметико–логические устройства. Структура, подход к проектированию, основные уравнения работы АЛУ

Арифметико-логическое устройство непосредственно выполняет микрооперации над исходными операндами. Формально АЛУ — это комбинационная схема (КС), предназначенная для выполнения арифметических и поразрядно-логических операций над многоразрядными словами. Напомним, что комбинационной называется схема, состояние выходных сигналов которой однозначно определяется набором входных сигналов; такая схема не содержит элементов памяти.

В общем случае к АЛУ предъявляются следующие требования:

∙ выполнение арифметических и логических операций; разнообразие данных операций обеспечивает набор команд, которые сможет выполнять микропроцессор;
∙ обеспечение межразрядного переноса при выполнении арифметических операций, от этого во многом зависит быстродействие вычислительной системы;
∙ обеспечение наращивания разрядности обрабатываемых слов однотипными секциями.

Структура АЛУ на примере 4-разрядной секции:

Основой АЛУ является одноразрядный комбинационный сумматор SM, который изменяет конфигурацию в зависимости от управляющего слова S. Управляющее слово S входит в состав микрокоманды и определяет тип выполняемой операции. Сигнал M обеспечивает разделение арифметических и логических операций за счет запрета передачи арифметического переноса от секции к секции: при M = 1 выполняются арифметические операции, при M = 0 — логические. P_i — бит арифметического переноса, формируемый i-й секцией АЛУ; a_i, b_i — разряды многоразрядных операндов A и B; R_i — разряды результата R.

Работу одноразрядного комбинационного сумматора можно описать выражением:

Данное выражение удобно использовать при анализе логических операций, в случае анализа арифметических операций его можно представить тождественным выражением:

Данные выражения содержат четыре управляющих переменных, посредством которых можно определить шестнадцать различных операций. Количество операций удваивается, поскольку с помощью сигнала M мы разделяем шестнадцать логических и шестнадцать арифметических операций. Результат арифметической операции зависит от значения P₀, т. е. существуют два разных результата арифметической операции (при P₀ = 0 и P₀ = 1). Таким образом, данные выражения позволяют построить АЛУ, выполняющее 48 операций.