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

3. Организация цепей переноса в пределах секции АЛУ. Наращивание разрядности, схема ускоренного переноса

Структура секции АЛУ:

Рассмотрим структуру секции АЛУ, представленную на рисунке и функционирующую согласно выражению:

Объединение нескольких подобных секций в операционном устройстве требует организации цепей переноса. Быстродействие расширенного по разрядности АЛУ в большой степени зависит от способа организации цепей переноса внутри секции и между секциями. Внутри секции могут быть предложены два способа переноса: последовательный (сквозной) и параллельный.

При последовательном (сквозном) переносе в каждой секции АЛУ формируется сигнал переноса на основании подготовительных функций и сигнала переноса из предыдущей секции в соответствии с выражением:

Время распространения переноса по всей схеме равно nt_n, где n — число разрядов в секции; t_n — время распространения переноса через одну секцию (разряд). Таким образом, схема с последовательным переносом характеризуется относительной простотой. Использовать последовательный перенос целесообразно, когда нет необходимости в высоком быстродействии, но предъявляются жесткие требования к аппаратным затратам.


Параллельный перенос обеспечивает более высокое быстродействие, но требует больших аппаратных затрат. При этом все сигналы переноса формируются параллельно на основании подготовительных функций в соответствии с выражением:

Для 4-разрядной секции АЛУ имеем следующую систему выражений:

где D¹, F¹ — подготовительные функции первого порядка, использующиеся для реализации межсекционного переноса. Из данной системы выражений видно, что каждый из сигналов зависит только от операндов и нулевого бита переноса, т. е. все они могут вычисляться одновременно, за счет чего и достигается увеличение производительности.

При наращивании разрядности между секциями обычно используют два способа организации цепей переноса: последовательный (сквозной) и групповой.

Последовательный (сквозной) перенос между секциями применим при малом числе связанных секций. В этом случае внутри секций, как правило, реализуют параллельный перенос. Суммарная задержка появления старшего бита переноса результата с момента поступления операндов и управляющих сигналов определяется как T = nt_АЛУ, где t_АЛУ — время формирования бита по переносу одной секцией АЛУ; n — число секций в системе.

Схема организации последовательного (сквозного переноса):

Групповой перенос с помощью внешней схемы ускоренного переноса (СУП) целесообразно использовать при числе секций больше четырех. В этом случае в каждой секции формируются подготовительные функции первого порядка, поступающие на вход СУП. На основании этих функций в СУП формируются входные биты переноса для каждой секции. Суммарная задержка появления старшего бита переноса составляет T = t_АЛУ+t_СУП, где tСУП — время формирования результата СУП.

Схема организации группового переноса: