Шрифт:
Все три устройства содержат входные и выходные регистры, которые доступны через 16-разрядную шину данных. Команды, выполняемые в устройствах, берут в качестве операндов данные, находящиеся в регистрах ввода, и после выполнения операции записывают результат в регистры вывода. Регистры являются как бы промежуточным хранилищем между памятью и вычислительной схемой. Шина R-BUS позволяет результату одного вычисления стать операндом для другой операции. Это экономит время благодаря исключению лишних пересылок данных между устройствами и памятью.
Рассмотрим подробнее ALU. Его структурная схема приведена на рис. 14.2.
Рис. 14.2. Структурная схема ALU
Арифметико-логическое устройство является 16-разрядным устройством с двумя 16-разрядными входными портами данных X и Y и одним выходным портом результата R. ALU генерирует шесть сигналов состояния: ноль (AZ), негатив (AN), перенос (AC), переполнение (AV), знак (AS) и частное (AQ). В конце каждого цикла процессора эти сигналы сохраняются в регистре состояния процессора ASTAT. Описание назначения этих сигналов состояния приведено в табл. 14.1.
Таблица 14.1 Описание назначения сигналов состояния
| Сигнал | Расшифровка | Назначение |
|---|---|---|
| AZ | ZERO (НОЛЬ) | Разряд нулевого результата. Устанавливается в 1, если результат операции равен нулю. Является результатом логического сложения всех битов регистра результатов ALU |
| AN | NEGATIV (НЕГАТИВ) | Знаковый разряд результата ALU. Устанавливается в 1, если результат отрицательный |
| AV | OVERFLOW (ПЕРЕПОЛНЕНИЕ) | Разряд переполнения. Устанавливается в 1, если происходит переполнение ALU путем переноса 1 в знаковый разряд при сложении чисел |
| AC | CARRY (ПЕРЕНОС) | Разряд переноса. Устанавливается в 1 при сложении беззнаковых чисел, если происходит переполнение ALU путем переноса 1 из старшего разряда |
| AS | SIGN (ЗНАК) | Знаковый разряд. Определяется при операции вычисления абсолютного значения числа ABS. Устанавливается в 1, если операнд имеет отрицательное значение |
| AQ | QUOTIENT (ЧАСТНОЕ) | Разряд состояния частного. Формируется только командами DIVS и DIVQ |
Порт ввода X может принимать данные от двух источников: из блока регистров АХ или с шины результата R-BUS. Шина R-BUS обеспечивает обмен данными между всеми вычислительными устройствами. Блок регистров АХ состоит из двух регистров: AX0 и AX1. Эти регистры подключены к шине памяти данных DMD-BUS. Система команд позволяет читать содержимое регистра АХ и на шину памяти программ PMD-BUS, для этого используется устройство обмена между шинами. Выводы регистров AX0 и AX1 реализованы таким образом, чтобы один из них служил операндом для ALU, а другой в это время мог считываться на шину DMD-BUS.
Порт ввода Y также принимает данные от двух источников: из блока регистров AY и регистра обратной связи AF. Блок регистров AY состоит из двух регистров AY0 и AY1. Эти регистры доступны для чтения и записи с шиной DMD-BUS. Система команд процессора позволяет читать регистры AY0 и AY1 с помощью шины PMD-BUS, но также с использованием устройства обмена между шинами. Выводы регистров AY0 и AY1 реализованы аналогично регистрам AX0 и AX1.
Выход ALU подключен к выходному регистру результата AR и через регистр обратной связи AF на вход ALU через мультиплексор. Регистр AF позволяет результату вычисления использоваться в качестве следующего операнда. Регистр AR имеет выход на шину DMD-BUS и R-BUS. В системе команд предусмотрена возможность чтения регистра AR посредством шины PMD-BUS аналогично двум предыдущим вариантам.
Любой из регистров ALU доступен для записи и чтения в течение цикла процессора (для чтения — в начале цикла, и для записи - в конце процессорного цикла). Таким образом, новое значение, записанное в конце одного цикла, может быть прочитано лишь в начале следующего. Это позволяет входным регистрам записать в ALU операнд в начале цикла и считать следующий операнд в конце того же цикла. Это также позволяет сохранить содержимое регистра результата в памяти и оперировать со следующим результатом в одном цикле.
Арифметико-логическое устройство имеет альтернативные (теневые) банки регистров AX, AY, AF и AR. На структурной схеме они изображены в виде теней. В конкретный момент времени доступен только один из типов банков. Дополнительный банк может быть использован для автоматического сохранения данных в регистрах ALU при быстром переключении на выполнение подпрограммы. В этом случае экономится время на сохранение текущих данных в памяти процессора.
Выбор главного или альтернативного банка регистров определяется битом 0 регистра режимов процессора MSTAT. Если этот разряд равен 0, то выбран главный банк, если он равен 1, то выбирается дополнительный банк.
Арифметико-логическое устройство выполняет набор стандартных арифметических и логических операций. Из арифметических операций АЛУ выполняет сложение, вычитание, отрицание, инкремент, декремент и вычисление модуля. Эти операции дополнены двумя примитивами деления, с помощью которых возможна реализация цикла многократного деления. Из логических операций АЛУ выполняет логическое сложение (OR), логическое умножение (AND), исключающее ИЛИ (XOR), и логическое отрицание (NOT). Стандартные операции ALU приведены в табл. 14.2.