Реферат: Лабораторная работа по информатике ( практика )
Название: Лабораторная работа по информатике ( практика ) Раздел: Рефераты по информатике, программированию Тип: реферат |
Лабораторная работа 4 ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ОРГАНИЗАЦИИ АРИФМЕТИКО-ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ. СТРУКТУРА АЛУ ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ ЧИСЕЛ С ФИКСИРО- ВАННОЙ ЗАПЯТОЙ Ц е л ь р а б о т ы: Изучение принципов построения и функционирования АЛУ для деления чисел с фиксированной запятой. В в е д е н и е Деление в ЭВМ обычно сводится к выполнению последовательности вычитаний делителя сначала из делимого, а затем из образующихся в процессе деления частичных остатков и сдвига частичных остатков. Алгоритм деления аналогичен алгоритму деления при ручном счете. Рассмотрим особенности деления на примере деления целых чисел. Пусть Z=X/Y где X-делимое, представленное обычно двойным словом (2n-1 цифровых разрядов), Y-делитель и Z-частное, представленное словами, содержащими n-1 цифровых разрядов. Так как частное Z-слово, размещаемое в n-разрядном регистре, то должно иметь место неравество n-1 n-1 |Z|<2 . Это возможно при условии (|Х |*2 - |Y|)<0 Поэтому перед выполнением операций деления производится так называемое "пробное" вычитание: из делимого X вычитают делитель Y, сдвинутый на (n-1) разрядов влево, а при неподвижном делителе сдвигается делимое на один разряд влево. Если результат "пробного" вычитания больше 0, то n-1 |Z|>=2 и деление невозможно, если меньше 0, то можно выполнить деление. Реализовать деление можно двумя основными способами: 1.Деление с неподвижным делимым и сдвигаемым вправо делителем. 2.Деление с неподвижным делителем и сдвигаемым влево делимым. Второй способ широко используется в арифметико-логических устройствах. В этом случае возможно два алгоритма: - алгоритм деления с неподвижным делителем и восстановлением остатка, - алгоритм деления с неподвижным делителем без восстановления остатка. Последний алгоритм используется наиболее часто и состоит из следующих этапов: 1.Берутся модули от делимого и делителя. 2.Исходное значение частичного остатка полагается равным старшим разрядам делимого. 3.Частичный остаток удваивается путем сдвига на один разряд влево, при этом в освобождающийся при сдвиге младший разряд частичного остатка заносится очередная цифра делимого. 4.Из сдвинутого частичного остатка вычитается делитель, если остаток положителен ,или к сдвинутому частичному остатку прибавляется делитель, если остаток отрицателен. 5.Очередная цифра модуля частного равна 1, если результат вычитания положителен, и 0, если отрицателен. 6.Пункты 3-5 последовательно выполняются для получения всех цифр модуля частного. 7.Знак частного-"плюс", если знаки делимого и делителя одинаковы, и "минус" в противном случае. Деление без восстановления остатка всегда требует для получения одной цифры частного только сложения или вычитания и сдвига частичного остатка . После завершения всех циклов деления выдается результат, при этом если остаток отрицателен, то он восстанавливается путем подсуммирования Y. Структура АЛУ для выполнения деления приведена на рис.3. В состав АЛУ входят: входной регистр PrY (хранит делитель-неподвижный); многофункциональный регистр PrX, который является входным регистром сумматора, входным регистром АЛУ, хранит первоначальное делимое, а затем частичные остатки, а также используется при их сдвиге; сумматор PrCM, используемый для сдвига частичных остатков вправо; счетчик циклов СчЦ. В начальный момент с шины данных делимое и делитель поступают в соответствующие им регистры PrX и PrY. Затем из делимого в PrX вычитается делитель PrY (при этом начальное значение частичного остатка равно делимому); результат пересылается в PrCm, а из PrCm -в PrX. Таким образом остаток получает новое значение, а счетчик циклов сбрасывается в 0. На этом заканчивается установка исходного состояния. По знаку остатка в PrX определяется очередная цифра частного PrZ, если PrX>=0, то PrZ [СчЦ]:=1, иначе - PrZ[СчЦ]:=0. В PrCm поступает сдвинутый на разряд влево PrX (остаток удваивается), затем содержимое PrCm пересылается в PrX. Выполняется вычитание (прибавление) делителя. Из сумматора разность (сумма) поступает в PrCm и пересылается в PrX. На этом шаге заканчиваеся вычисление нового остатка. Содержимое счетчика циклов увеличивается на единицу. Если СчЦ=n-1, то вычисления заканчиваются, в противном случае - повторяются. В ы п о л н е н и е л а б о р а т о р н о й р а б о т ы Структура АЛУ для деления чисел с фиксированной запятой и алгоритм его функционирования моделируется с помощью программы, реализованной на языке Турбо-Паскаль-7. Работа с программой осуществляется в интерактивном режиме. После запуска программы division.exe на экране дисплея появляется инструкция для пользователя, согласно которой и выполняется лабораторная работа. Текст описания лабораторной работы хранится в файле .... Выполнение изучаемой операции АЛУ осуществляется по шагам и результат каждого шага отражается на экране в виде кодов содержимого соответсвующего регистров, промежуточных и конечных результатов. В процессе выполнения лабораторной работы необходимо зафиксировать по шагам состояние всех элементов АЛУ, индицируемые соответствующими кодами. Работу АЛУ необходимо изучить для различных значений операндов и различных сочетаний их знаков. По результатам работы необходимо построить блок-схему микропрограммы работы АЛУ. С о д е р ж а н и е о т ч е т а 1.Описание работы АЛУ. 2.Блок-схема микропрграммы выполнения операций деления для чисел с фиксированной запятой. К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы 1.Укажите недостатки алгоритма деления с неподвижным делимым и сдвигаемым вправо делителем. 2.Укажите недостатки алгоритма деления с восстановлением остатка. 3.Какие операции влияют на скорость выполнения деления? 4.Как выполныется деление с плавающей запятой? 5.Какое деление требует большего времени - чисел с фиксированной запятой или чисел с плавающей запятой? Л и т е р а т у р а 1.Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы.- М.: Энергоатомиздат, 1985-552 с. 2.Нешумова К.А. Электронные вычислительные машины и системы.-М.: Высшая школа, 1989-336 с. 3.Соловьев Г.Н. Арифметические устройства ЭВМ - М.:Энергия, 1978-176 с. 4.Чернов В.Г. Математические и логические основы вычислительных машин. Методические указания к самостоятельной работе студентов.-ВПИ, 1992-47 с. 5.Калабеков Б.А. Микропрцессоры и их применения в системах передачи и обработки сигналов - м.: Радио и связь, 1988. |