TIEP114 Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri, 3 op ALU

ALUn suunnittelu (Ihan ensin päätetään arkkitehtuurin bittimäärä – meidän tapauksessa 16-bittinen arkkitehtuuri) Mietitään funktiot jotka ALUn halutaan toteuttavan Sitten mietitään miten ALU:lle annetaan käskyt funktioiden toteuttamiseksi – AND ja OR operaatio? Yhteen- ja vähennyslasku?

ALUn suunnittelu Voitaisiin toteuttaa komponentit kaikille halutuille funktioille Sitten määritellään sisääntulosignaalit Komponenttien toteuttaminen raudalle maksaa (transistoreita) Voidaanko yksinkertaistaa? Mitä toteutetaan laitteistolla, mitä ohjelmistolla?

ALUn suunnittelua Minimissään täytyy toteuttaa (ja me toteutamme) 16 bittiset yhteenlasku ja AND operaatiot Tutkitaan kuinka voidaan muokata 16 bittisiä sisääntuloja (x ja y) sekä 16 bittistä ulostuloa (out), jotta toivottu operaatio saadaan toteutettua

ALU:n vähennyslasku Koska ALU:ssa OR operaatio voidaan toteuttaa AND operaatiolla sekä negatoinneilla – DeMorgan Niin voisiko vähennyslaskun tehdä samoin? – Aiemmin negatiivisten lukujen esitystavassa käytettiin negatointia…

Desimaalilukujen vähennyslasku Esim. lasketaan 7 – 5 = 2 (positiivisten lukujen (+7) ja (+5) vähennyslasku -8 – 4 = -12 Nämä voidaan laskea myös -(-7+5) = -(-2) = 2 -(+8+4) = -(12) = -12 – eli Muutetaan ensimmäinen termin merkkiä (negatoidaan) Vähennyslasku -> yhteenlaskuksi Muutetaan lopputuloksen merkkiä (negatoidaan)

Binäärilukujen vähennyslasku ALUlla Eli ALUn tarvitsee muuttaa – negatiivinen luku positiiviseksi, tai – Positiivinen luku negatiiviseksi Minkä jälkeen voidaan käyttää yhteenlaskupiiriä vähennyslaskuun Binääriluvun muunnos negatiiviseksi voidaan tehdä usealla tavalla – MSB bitti, 1s complement, 2s complement…

Binäärilukujen vähennyslasku ALUlla Koska ALUssa on negatointi toteutettu OR operaatiota varten, valitaan menetelmä jossa negaatio, eli luvun 7=0111, muutos negatiiviseksi… – 1s complement : -7=1000 – 2s complement : -7= = 1001 – Eli lasketaan 7 – 5 = (-7) (+5) (negatoidaan) 1101 ⇒ 0010 ja -2 ⇒ +2

Binäärilukujen vähennyslasku ALUlla ALUn sisällä tehdään kaksi kertaa muunnos (ennen ja jälkeen laskuoperaation) – ”Kumoavat” toisensa – Voidaan käyttää yhden komplementtia (negatointia) Vaikka negatiiviset luvut ALUn ulkopuolella esitetään kahden komplementteina (-7) (+5) (negatoidaan) 1101 ⇒ 0010 ja -2 ⇒ +2

Binäärilukujen vähennyslasku ALUlla Eli positiivisten lukujen x ja y vähennyslaskun toteutus ALUssa (x-y) – Negatoidaan x – Lasketaan yhteen –x+y=z – Negatoidaan lopputulos output = -z Vastaavasti voidaan laskea y-x Mitä x ja y ovat? – Ne tuodaan ALUun joko RAM muistista tai sitten prosessorin sisäisestä rekisteristä… – Seuraavaksi rakennetaankin muistipiirejä…