Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ). АЛҚ классификациясы. құрылымы. Бүтін сандарды көбейту опциялары. Комбинациялық тізбекті талдау және синтездеу.
Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ). АЛҚ классификациясы. құрылымы. Бүтін сандарды көбейту опциялары. Комбинациялық тізбекті талдау және синтездеу.
Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ). АЛҚ классификациясы. құрылымы. Бүтін сандарды көбейту опциялары. Комбинациялық тізбекті талдау және синтездеу.
Тақырып: Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ), АЛҚ классификациясы, құрылымы, бүтін сандарды көбейту әдістері және комбинациялық тізбектерді талдау және синтездеу
---
Кіріспе
Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ) – бұл сандық компьютерлерде арифметикалық және логикалық операцияларды орындау үшін қолданылатын құрылғы. АЛҚ процессордың маңызды құрамдас бөлігі болып табылады және сандық жүйелерде әртүрлі есептеу амалдарын орындауға арналған негізгі блок. АЛҚ операцияларды орындау үшін комбинациялық тізбектер мен арнаулы құрылымдарды қолданады. Бұл лекцияда біз АЛҚ-ның классификациясын, құрылымын, бүтін сандарды көбейту әдістерін, сондай-ақ комбинациялық тізбектерді талдау және синтездеу әдістерін қарастырамыз.
---
1. Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ)
# 1.1 АЛҚ анықтамасы және функциялары
Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ) – процессордың негізгі есептеу блогы, ол екілік және ондық сандармен арифметикалық (қосу, алу, көбейту, бөлу) және логикалық (ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС, XOR) операцияларды орындайды. АЛҚ көбінесе бірнеше операцияларды бір уақытта орындауға мүмкіндік береді, бұл сандық жүйенің есептеу тиімділігін арттырады.
# 1.2 АЛҚ классификациясы
АЛҚ әртүрлі параметрлер мен қолдану салаларына байланысты бірнеше түрге бөлінеді:
1. Арифметикалық операцияларды орындайтын АЛҚ:
- Бұл түрдегі АЛҚ тек арифметикалық операциялар (қосу, алу, көбейту, бөлу) орындайды. Мұндай қондырғыларда көбінесе толықтырғыштар, сумматорлар және басқа арифметикалық элементтер болады.
2. Логикалық операцияларды орындайтын АЛҚ:
- Логикалық операциялар (ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС, XOR) тек осы АЛҚ түрлерінде орындалады. Олар комбинациялық тізбектер негізінде жүзеге асырылады.
3. Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ):
- АЛҚ-ның бұл түрі арифметикалық және логикалық операцияларды бір құрылғыда орындай алады. Әртүрлі операцияларды таңдау үшін арнайы басқару сигналдары қолданылады.
4. Арнайы қолдану саласына арналған АЛҚ:
- Бұл түрдегі АЛҚ арнайы операцияларды орындауға бейімделген, мысалы, жылдамдықты арттыру немесе нақты бір есептерді оңтайландыру үшін қолданылады.
---
2. АЛҚ құрылымы
АЛҚ құрылымы бірнеше негізгі бөліктерден тұрады, олардың әрқайсысы белгілі бір функцияларды орындайды. Негізгі құрылымдық элементтері:
1. Сумматор: Қосу операцияларын орындауға арналған тізбек. Сумматорлар жартылай және толық сумматор түрінде болады. Толық сумматорлар екі немесе одан көп битті қосуды жүзеге асырады.
2. Логикалық операциялар блогы: Логикалық операцияларды орындайтын комбинациялық тізбектерден тұрады. Бұл блок ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС, XOR операцияларын жүзеге асырады.
3. Мультиплексорлар: Әртүрлі операцияларды таңдау үшін қолданылатын логикалық құрылғылар. Мультиплексорлар таңдау сигналдары арқылы қажетті арифметикалық немесе логикалық операцияны таңдайды.
4. Жылжыту тізбегі: Бұл тізбек берілген биттерді оңға немесе солға жылжыту үшін қолданылады. Ол көбінесе көбейту және бөлу операцияларын оңайлату үшін қолданылады.
5. Регистрлер: Есептеулердің аралық нәтижелерін сақтау үшін қолданылады.
# АЛҚ құрылымы схемалық түрде былай көрінуі мүмкін:
- Кіріс регистрлері
- Операцияны таңдау мультиплексоры
- Арифметикалық және логикалық операциялар блогы
- Жылжыту тізбегі
- Шығыс регистрі
Бұл құрылым АЛҚ-ға бірнеше операцияны бір құрылғыда орындауға мүмкіндік береді.
---
3. Бүтін сандарды көбейту әдістері
Бүтін сандарды көбейту – АЛҚ орындауға қабілетті негізгі арифметикалық операциялардың бірі. Екілік көбейтуде әрбір битті көбейту операциясы қолданылады. Негізгі көбейту әдістері:
1. Кәдімгі екілік көбейту:
- Бұл әдісте екі санның әрбір битін бір-біріне көбейтіп, нәтижелерді қосады. Бұл қарапайым әдіс, бірақ үлкен сандар үшін есептеу уақыты артады.
2. Жылжыту және қосу әдісі:
- Бұл әдіс екілік көбейту алгоритмдерін жылжыту операциялары арқылы оңтайландырады. Әрбір қадамда бір санды екінші санның тиісті бит мәніне сәйкес оңға немесе солға жылжытып, нәтижелерді қосу арқылы көбейту орындалады.
3. Бут көбейту алгоритмі:
- Бұл көбейту әдісі қарапайым екілік көбейтумен салыстырғанда жылдамырақ. Бут алгоритмі арқылы қосу және азайту операцияларын тиімді үйлестіріп, көбейтуді жүзеге асыруға болады.
4. Құрама көбейту әдістері:
- Бұл әдістерде көбейтуді оңтайландыру үшін бірнеше операциялар бір уақытта орындалады. Құрама көбейтуді көбінесе үлкен сандармен жұмыс істегенде қолданады.
Бұлар АЛҚ үшін негізгі көбейту әдістері болып табылады және олардың әрқайсысы әртүрлі есептеу тиімділігіне ие.
---
4. Комбинациялық тізбекті талдау және синтездеу
Комбинациялық тізбектерде шығыс сигналдары тек кіріс сигналдарына байланысты болады. Комбинациялық тізбектерді талдау және синтездеу сандық жүйелерді жобалау кезінде маңызды қадам болып табылады.
# 4.1 Комбинациялық тізбекті талдау
Комбинациялық тізбекті талдау кезінде әрбір кіріс комбинациясына сәйкес шығыс мәндері анықталады. Талдау әдістері:
1. Ақиқат кестесін құру: Тізбектің барлық кіріс комбинациялары үшін шығыс мәндерін көрсетеді.
2. Логикалық өрнектерді құру: Тізбекті логикалық функциялар арқылы сипаттау үшін қолданады.
3. Карно картасын қолдану: Логикалық функцияларды оңтайландыру және ықшамдау үшін қолданылады.
# 4.2 Комбинациялық тізбекті синтездеу
Комбинациялық тізбекті синтездеу кезінде тізбекке қажетті логикалық функциялар анықталады және тізбек сол функцияларды орындай алатындай жобаланады. Синтездеу қадамдары:
1. Функционалдық талаптарды анықтау: Тізбектің мақсатын айқындау.
2. Ақиқат кестесін құру: Кіріс және шығыс мәндерін анықтау.
3. Логикалық өрнектерді жазу және ықшамдау: Бул алгебрасының ережелерін қолдану.
4. Схеманы Verilog тілінде жазу: Құрылғыны Verilog тілінде сипаттау арқылы комбинациялық тізбекті жүзеге асыру.
---
Қорытынды
Арифметикалық-логикалық қондырғы (АЛҚ) – сандық есептеу жүйелерінде арифметикалық және логикалық операцияларды орындау үшін қолданылатын негізгі құрылғы. АЛҚ-ның әртүрлі классификациялары мен құрылымы оны сандық жүйелерде әмбебап қолдануға мүмкіндік береді. Комбинациялық тізбектерді талдау және синтездеу әдістері арқылы сандық жүйелерде тиімді және ықшам тізбектер құруға болады.