Организация ЭВМ и систем

         

Обобщенная структурная схема АЛУ


Обобщенная структурная схема АЛУ (рис. 3.18) включает:

- блок регистров для приема и размещения операндов и результатов;

- операционный блок, в котором осуществляется преобразование опе­рандов в соответствии с реализуемыми алгоритмами;

- схемы контроля, обеспечивающие непрерывный оперативный кон­троль и диагностирование ошибок;

- блок управления (БУ), в котором после приема кода операции (КОП) из центрального устройства управления формируются управляющие сигналы (УС), координирующие взаимодействие всех узлов АЛУ между собой и с другими блоками процессора.

Рис.3.18. Обобщенная схема АЛУ

Блок регистров связан с ГОН центрального процессора и кэш-памятью данных.

Иногда АЛУ не содержит своего БР, в этом случае операционный блок непосредственно работает с регистрами общего назначения процессора. Для оперативного управления выполнением операции в ОБ на разных этапах ана­лизируется преобразуемая информация и формируются сигналы признаков (флаги), которые используются в БУ для выработки и посылки в процессор сигнала признака результата (ПРез).

Для оценки АЛУ используются следующие характеристики: множество выполняемых операций, разрядность, время выполнения операций, надежно­стные и энергетические характеристики.

 

Методы повышения быстродействия АЛУ

Одним из эффективных и широко используемых методов повышения быстродействия АЛУ является реализация принципа локального паралле­лизма. Суть этого принципа заключается в распараллеливании во времени алгоритма выполнения отдельной команды на ряд независимых этапов и их реализации на различных операционных узлах (СМ, СДВ, ПК и т.д.) АЛУ.

Другой хорошо известный метод увеличения быстродействия - конвей­ерная обработка. Операционный блок разбивается на несколько частей -ступеней (уровней) конвейера. На каждой ступени выполняется определен­ная стадия операции. Совмещение стадий выполнения нескольких операций на различных ступенях конвейера приводит к тому, что реализация следую­щей операции начинается в нём до окончания предыдущей.
Это значительно увеличивает быстродействие операционного блока. Такую организацию ОБ стали называть арифметическим конвейером.

На рис. 3.19 показана схема конвейерного сумматора с плавающей запя­той. Конвейер содержит четыре ступени. Результат выполнения каждой ста­дии операции фиксируется на регистрах. Когда конвейер полностью запол­нен, то стадия 4 (нормирование) выполняется, например, для первой пары операндов, стадия 3 (предварительной обработки) - для второй пары операн­дов, стадия 2 (сложение мантисс) - для третьей пары, стадия 1 (сравнение порядков) - для четвертой пары операндов. В каждый последующий такт времени на выходе конвейера будет формироваться результат выполнения операции для каждой пары операндов.

Еще один способ сокращения длительности выполнения многотактных операций типа умножения является разработка и использование эффектив­ных алгоритмов. Ускорение выполнения операции умножения достигается одновременным анализом нескольких разрядов множителя, использованием быстрых сумматоров с сохранением переносов и реализацией конвейерного метода обработки. Такой подход широко используется при создании функ­ционально независимых блоков ускоренного умножения (умножителей).

Развитием системы команд универсальных ЭВМ, в том числе и персо­нальных компьютеров, стало введение векторных операций

— операций над упорядоченными массивами данных (у супер ЭВМ векторные операции поя­вились давно).                                            



В связи с этим в структуре процессора наблюдается специализация уст­ройств по типам операндов: скалярные и векторные. В составе процессора появляются регистровая память и средства обработки двух типов: скалярные и векторные.

К векторным средствам обработки относятся:

- один или несколько арифметических'конвейеров для обработки эле­ментов векторов;

- векторные регистры для хранения векторной информации. Векторные средства обработки информации позволяют увеличить про­изводительность ЭВМ в несколько раз.

-                       



Содержание раздела