Программированиеи компьютеры /
Лабораторная работа 2
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ОРГАНИЗАЦИИ АРИФМЕТИКО-
ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ.
СТРУКТУРА АЛУ ДЛЯ СЛОЖЕНИЯ И ВЫЧИТАНИЯ ЧИСЕЛ
С ФИКСИРОВАННОЙ ЗАПЯТОЙ
Ц е л ь р а б о т ы: Изучение принципов построения и функ-
ционирования АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксированной
запятой.
В в е д е н и е.
Обычно в АЛУ операции алгебраического сложения сводятся к
арифметическому сложению кодов чисел путем применения дополни-
тельного или обратного кодов для представления отрицательных чи-
сел.
Алгоритм выполнения в АЛУ арифметических операций зависит
от того, в каком виде хранятся в памяти ЭВМ отрицательные числа
в прямом или дополнительном. В последнем случае сокращается вре-
мя выполнения операции за счет исключения операции преобразова-
ния получаемого в АЛУ дополнительного кода отрицательного ре-
зультата в прямой код.
А л г о р и т м
алгебраического сложения двоичных чисел с фикси-
рованной запятой при использовании дополнительного
кода для представления отрицательных чисел.
При выполнении операции сложения положительные слагаемые
представляются в прямом коде, а отрицательные - в дополнитель-
ном. Производится сложение двоичных кодов, включая разряды зна-
ков. Если при этом возникает перенос из знакового разряда суммы
при отсутствии переноса в этот разряд или перенос в знаковый
разряд при отсутствии переноса из разряда знака, то имеется пе-
реполнение разрядной сетки соответственно при отрицательной и
положительной суммах. Если нет переносов из знакового разряда и
в знаковый разряд суммы или есть оба эти переноса, то переполне-
ния нет и при нуле в знаковом разряде сумма положительна и
представлена в прямом коде, а при 1 в знаковом разряде сумма от-
рицательна и представлена в дополнительном коде.
Упрощенная структурная схема АЛУ для операций сложения и
вычитания n-разрядных (n-й разряд знаковый) двоичных чисел с
фиксированной запятой пpиведена на рис.1. Предполагается, что
отрицательные числа хранятся в памяти в дополнительном коде.
В состав АЛУ входят n-разрядный параллельный комбинационный
сумматор См, регистр сумматора PrCм, входные регистры сумматора
PrВ и PrА, входной регистр АЛУ Pr1.
Из оперативной памяти по входной информационной шине ШИвк
в АЛУ поступают операнды: положительные числа в прямом коде, а
отрицательные в дополнительном. Операнды размещаются в PrВ (пер-
вое слагаемое или уменьшаемое) и Pr1 (второе слагаемое или вычи-
таемое); Pr1 связан с PrA цепями прямой и инверсной передачи ко-
да. Результат операции выдается из АЛУ в оперативную память по
выходной информационной шине ШИвых. Запись информации в регистры
АЛУ осуществляется под управлением сигналов ПрРг1 и ПрРгВ. Слово
из Рг1 в РгА передается в прямом коде под действием управляющего
сигнала ПрРгАП, в инверсном коде ПрРгАИ. Сигнал ПрРгСм управляет
записью результата в регистр сумматора РгСМ, а сигнал ПрИШвых -
передачей содержимого РгСМ в информационную шину.
При выполнении операции в АЛУ помимо результата операции
формируется 2-х разрядный код признаком результата ПР, который
принимает следующие значения:
Результат операции Признак результата
= 0 0 0
< 0 0 1
> 0 1 0
Переполнение 1 1
Код признака результата формируется комбинационной схемой
Пр, на выходы которой поступают выходные сигналя всех разрядов
сумматора СМ, а также сигналы переноса из знакового разряда
ПнСМ[0] и из старшего цифрового разряда ПнСМ[1].
Признак переполнения (ПР=11) формируется, если выполняется
условие _______ _______
(1) ПнСМ[0]/ПнСМ[1]/ПнСМ[0]/ПнСМ[1]=1
Признак нулевого значения результата Пр=00 формируется если
n-1 ____
(2) / СМ[i]=1
i=0
Признак положительного результата Пр=10 формируется при ус-
ловии
_____ ______ ______
(3) СМ[0](ПнСМ[0]/ПнСМ[1]/ПнСМ[0]/ПнСМ[1]=1
отрицательного результата Пр=01-при условии
_______ ______
(4) СМ[0](ПнСМ[0]/ПнСМ[1]/ПнСМ[0]/ПнСМ[1]
При выполнении алгебраического сложения поступившие в АЛУ
коды операндов находятся в выходных регистрах PrB и PrА суммато-
ра. Код суммы формируется на выходе схемы См и фиксируется в ре-
гистре PrCм.
Операция алгебраического вычитания
Z=X-Y=X+(-Y)
может быть сведена к изменению знака вычитаемого Y и опера-
ции алгебраического сложения. Изменению знака соответствует сле-
дующая процедура: принятый в Pr1 код числа знака передается ин-
версно в PrА и при сложении осуществляется подсуммирование 1 в
младший разряд сумматора.
В ы п о л н е н и е
л а б о р а т о р н о й р а б о т ы.
Структуры АЛУ для сложения и вычитания чисел с фиксирован-
ной запятой и алгоритм его функционирования моделируется с по-
мощью программы, реализованной на языке Турбо-Паскаль.
Работа с программой осуществляется в интерактивном режиме.
После запуска файла summator.exe на экране дисплея появляется
инструкция для пользователя, согласно которой и выполняется ла-
бораторная работа. Текст описания лабораторной работы хранится в
файле ......
Выполнение изучаемой операции АЛУ осуществляется по шагам и
результат каждого шага отражается на экране в виде кодов содер-
жимого соответствующих регистров, промежуточных и конечных ре-
зультатов.
В процессе выполнения лабораторной работы необходимо изу-
чить работу Алу в следующих режимах:
-сложение двух положительных чисел без возникновения
переполнения ;
- сложение двух положительных чисел с возникновением
переполнения;
- сложение двух отрицательных чисел без возникновения пере-
полнения
- сложение двух отрицательных чисел с возникновением пере-
полнения
- вычитание x-y , x>y;
- вычитание x-y , x
|
|