Арифметико-логическое устройство (ALU)

 

ALU выполняет арифметические операции над данными с фиксированной и плавающей точкой и логические операции над данными с фиксированной точкой. Команды ALU с фиксированной точкой оперируют над 32-разрядными операндами с фиксированной точкой и выдают 32-разрядный результат с фиксированной точкой. Команды ALU с плавающей точкой оперируют над 32-или 40-разрядными операндами с плавающей точкой и выдают 32 - или 40-разрядные результаты с плавающей точкой.

Команды ALU:

с плавающей точкой: сложение, вычитание, сложение/вычитание, усреднение;

с фиксированной точкой: сложение, вычитание, сложение/вычитание, усреднение;

манипуляция с данными с плавающей точкой: двоичный логарифм, масштабирование, мантисса;

с фиксированной точкой: сложение с переносом, вычитание с заемом, инкремент, декремент;

логические AND, OR, XOR, NOT;

функции: модуль, сброс, минимум, максимум, усечение, сравнение;

преобразования формата;

примитивы деления - и деления на корень квадратный г-.

Операция двойного сложения/вычитания и параллельные операции ALU и умножителя описаны ниже в разделе "Многофункциональные вычисления".

Работа ALU

 

На вход ALU поступают один или два входных операнда, называемые X и Y, которые могут быть содержимым любого регистра в регистровом файле. Обычно возвращается один результат; при операции сложение/вычитание - два результата, после сравнения никакие результаты не возвращаются, а обновляются только флаги. Результаты операций ALU могут возвращаться в любой регистр регистрового файла. Входные операнды пересылаются из регистрового файла в ALU в течение первой половины цикла. Результаты передаются в регистровый файл в течение второй половины цикла. Т.о., ALU может считывать и записывать один и тот же регистр регистрового файла за один цикл.

При операциях ALU с фиксированной точкой операнды X и Y обрабатываются как 32-разрядные с фиксированной точкой. Передаются 32 старших бита из регистра в регистровом файле. Результат операции с фиксированной точкой - всегда 32-разрядное значение с фиксированной точкой. Некоторые операции с плавающей точкой (LOGB, MANT и FIX) также могут возвращать результаты с фиксированной точкой. Результаты с фиксированной точкой помещаются в 32 старших бита регистра в регистровом файле, а восемь младших бит обнуляются. Формат операндов и результатов с фиксированной точкой зависит от операции. В большинстве арифметических операций нет необходимости различать целые и дробные форматы. Входные операнды с фиксированной точкой в операциях, таких как масштабирование числа с плавающей точкой, обрабатываются как целые. В определенных состояниях, таких как переполнение, арифметические операнды и результаты с фиксированной точкой обрабатываются как числа в дополнительном коде.

Режимы работы ALU

 

Режим работы ALU определяется тремя битами в регистре MODEL Бит насыщения ALU влияет на операции ALU, которые возвращают результаты с фиксированной точкой; бит режима округления и бит границы округления влияют на операции с плавающей точкой в ALU и умножителе.

 

Бит M0DE1             Имя                Функция

13 ALUSAT1=             разрешено насыщение ALU (полномасштабная

величина с фиксированной точкой)

О=запрещено насыщение ALU

TRUNC          1=усечение;    О=округление к ближайшему

RND     321=округление до 32 бит; О=округление до 40 бит

Режим насыщения

В режиме насыщения при положительном переполнении в операциях с фиксированной точкой возвращается максимальное положительное число с фиксированной точкой (0x7FFF FFFF), при отрицательном переполнении возвращается максимальное отрицательное число (0x8000 0000). Если бит ALUSAT установлен, то результаты с фиксированной точкой при переполнении насыщаются. Если бит ALUSAT обнулен, то результаты с фиксированной точкой при переполнении не насыщаются, 32 старших бита результата возвращаются без изменений. Флаг переполнения ALU отражает результат ALU до насыщения.

Режимы округления данных с плавающей точкой

ALU поддерживает два режима округления стандарта IEEE. Если бит TRUNC установлен, то ALU округляет результат к нулю (усечение). Если бит TRUNC обнулен, то ALU округляет к ближайшему.