SzA5. Az aritmetikai egységek felépítése I.

Question 1

Az aritmetikai (műveletvégző) egység részei

Answer 1

• Regiszterek
  
  • Felhasználó számára látható
  • Rejtett(transzparens) csak a rendszer számára látható
  • Puffer regiszter (számításba kell venni létezésüket)
• Adat utak
• ALU (szűk értelemben)
• Kapcsolópontok

Question 2

Adatutak

Answer 2

Adat utak (nem busz, memóriacímek nincsenek érzelmezve):

• Típusai:
  
  • Egy utas
  • Két utas
  • Három utas

Kétcímes utasítás esetén a két érték bekerül 1-1 regiszterbe, az eredmény pedig egy harmadik regiszterbe kerül. Két adat utasnál a párhuzamos működés is megengedett.

Question 3

Kapcsolópontok

Answer 3

A regiszterek részei, általában tranzisztorok
Önálló vezérléssel rendelkeznek
Az adatút nem megosztott eszköz → egy időben csak egyetlen adó lehet.

Kimenő kapcsoló: 3 állapot
1 / 0 / zárt (nem folyik rajta adat)

Bemenő kapcsoló: 2 állapot
zárt / nyílt (nyílt esetén 0 vagy 1)

Question 4

ALU műveletek

Answer 4

Műveletek:

• Fix pontos:
  
  • +, -, *, /
• Lebegőpontos
  
  • +, -, *, /
• BCD
  
  • +
• Egyéb műveletek:
  
  • eltolás
  • negálás
  • léptetés
  • logikai műveletek

Question 5

Félösszeadó

Answer 5

Mivel a többi aritmetikai műveletet az összeadásra vezetjük vissza, ezért fontos, hogy ez gyors legyen. • Bemenet: A és B bitek

Kimenet: S eredmény és C carry

Hátrány: nem kezeli a bejövő carryt

Question 6

Teljes összeadó

Answer 6

• Bemenet: A, B és Cin bitek
• Kimenet: S eredmény és Cout
• Előnye: kezeli a bejövő carryt
• Megvalósítás 2 db félösszeadóval, vagy logikai egyszerűsítések után 2 db XOR kapuval

Question 7

N-bites soros összeadó

Answer 7

Megjelenésének oka: a számítógépben a számokat tipikusan több/változó bit hosszúságú regiszterben tárolják, ezek tartalmát kell összeadni.

Megvalósítása: A és B egy n bites léptető regiszter, és a két összeadandó számot tárolják. Minden órajelre a léptető regiszter 1-1 bitet továbbít az összeadó felé. Először az LSB (least significant bit), utoljára pedig a MSB(most significant bit) kerül az összeadóba. Az aktuális eredmény mindig bekerül az A regiszterbe, így az összeadás végére a végleges eredmény itt lesz. Az első órajel ciklus erejéig a Cin értékét továbbítjuk az összeadóba, a későbbi órajel ciklusok során azonban a Cin mindig 0. Az aktuális carry érték egy tárolóba kerül, és a következő órajel ciklus során bekerül az összeadóba.
Az összeadó n*t idő alatt fut le.

Question 8

N bites párhuzamos összeadó

Answer 8

N darab teljes összeadót tartalmaz. Az A és B számok bitjeit párhuzamosan adja össze, azonban az átvitel biteket csak sorosan tudja, így az időigénye nem csökken a CARRY bit miatt: n*t.

Question 9

Előrejelzett átvitellel felépített n-bites összeadó

Answer 9

Működése:
Az összeadás menetét a carry bit lelassítja, ezért kitaláltak egy rekurzív, átvitel előrejelző módszert.
Az i-edik carry bit értéke kiszámítható a következő képpen:
𝐶𝑖=𝐺𝑖+𝐶𝑖−1∗𝑃𝑖, ahol

𝐺𝑖=𝐴𝑖∗𝐵𝑖

𝑃𝑖=𝐴𝑖+𝐵𝑖
Ezáltal a carry bit kiszámolása lényegesen gyorsabb (2t + 1t)