Операційні пристрої комп’ютера: будова, принцип дії, основні частини і їх характеристики

Сутність обробки інформації у цифровій формі полягає у виконанні заданої послідовності найпростіших арифметичних і логічних операцій над числами. У цифровій апаратурі основним пристроєм, у якому безпосередньо виконується обробка, є процесорний пристрій. Процесорний пристрій (як і будь-який інший складний цифровий пристрій) синтезується у вигляді поєднання двох пристроїв: операційного (арифметико-логічного) і керуючого.

Арифметико-логічний пристрій (АЛП) призначений для виконання арифметичних і логічних операцій над числами (словами +,-,*,/,^ АБО, І, АБО-НЕ…), що надходять до нього, за сигналами з пристрою керування. Основні операції, що виконує АЛП – це додавання та множення.

Операційний пристрій – основний елемент мікроархітектурного рівня. Виконує прості арифметико-логічні операції. Регістри разом з АЛП і кількома з’єднуючими шинами формують тракт даних, по якому поступають дані. Основна задача тракту даних: вибрати дані з одного або кількох регістрів, АЛП робить над ними якусь з операцій, результат поміщується в один з цих регістрів. Робота тракту даних контролюється мікропрограмою, або логіка роботи реалізується апаратно. Алу по своїй суті є цифровим автоматом, на який заводяться лінії з кодом операції і лінії з даними. На виході дістаємо результат.

АЛП будують на основі багаторозрядного двійкового суматору, що виконує арифметичні операції, і регістрів для зберігання операндів (даних, що беруть участь в операціях) і результатів виконання арифметичних операцій. У якості додаткових елементів АЛП містить у собі канали (шини) для передавання інформації, мультиплексори для комутації каналів, шифратори і дешифратори, лічильники, а також логічні елементи різних типів для виконання необхідних логічних операцій. Двійковий суматор у сукупності з деякими додатковими логічними елементами часто називають арифметико-логічним колом або операційним пристроєм. АЛК, за принципом побудови, є комбінаційним пристроєм, тому що воно не має в своєму складі власних запам’ятовуючих пристроїв.

Процес функціонування АЛП розпадається на певну послідовність елементарних дій у його вузлах. Перелік таких елементарних дій містить у собі: 1.встановлення регістру в деякий стан; 2.інвертування вмісту розрядів регістру; 3.пересилку вмісту одного вузла в інший вузол (наприклад, пересилку числа з регістра в регістр); 4.зсув вмісту вузла (регістра) ліворуч або праворуч; 5.рахування, при якому число у лічильнику збільшується або зменшується на одиницю; 6.додавання; 7.перевірка на рівність вмісту регістра деякому числу (у разі виконання умов рівності результатом є логічна одиниця, у випадку невиконання - логічний нуль). 8.деякі логічні дії (порозрядна диз'юнкція, кон’юнкция і т.д.).

Кожна елементарна дія, виконувана у одному із вузлів АЛП протягом одного тактового періоду, називається мікрокомандою, а весь набір мікрокоманд, призначений для розв'язання визначеної задачі, - мікропрограмою.