30.1. ALU

ALU - (Arithmetical-Logical Unit) - это место где происходят все вычисления
в процессоре.



ALU как черный ящик имеет следующий интерфейс:

Входы:
	Bus A    - операнд 1
	Bus B    - операнд 2
	FlagsIn  - некоторые флаги нужные для операций (CF)
	Control  - управляющие линии для выбора операций. (команда)
Выходы:
	Bus C    - результат
	Flags    - флаги получившиеся в результате выполнения команды

 
		  +--------+
	          |        |
     A   ------- >|        |
                  |        |-------- > C (Result)
     B   ------- >|        |
		  |        |
     FlagsIn --- >|        |-------- > Flags
		  +--------+
		      ^
		      |
		    Control



  
  Блок-схема ALU 
 
  


ALU состоит из следующих блоков:

	o Сумматор/Вычитатель
	  используются для сложения/вычитания чисел и для изменения
	  знака числа (-x).
	  так же позволяет делать сложение/вычитание с CF (carry flag),
	  что позволяет программно обрабатывать числа большей разрядности.
	  Так же используется для сравнения чисел.
	o Логический блок
	  Вычисляет инверсию и двухоперандные логические функции.
	o Shifter (сдвиговый регистр)
	  Осуществляет сдвиги и циклические сдвиги.
	  (так же через CF)
	o Multiplier (умножитель)
	  Умножает числа.
	o Некоторые ALU реализуют еще и частичное деление
          (деление занимает много тактов и каждый такт вычисляется
	   только один шаг деления).



Какой из блоков используется в текущий момент и как определяют линии Control.




  
  Типичные операции в ALU 
 


 ------------------------------------------------------------------
Логические	NOT		C = not A
		AND		C = A and  B
		OR		C = A or   B
		XOR		C = A xor  B
		NAND		C = A nand B
		NOR		C = A nor  B
 ------------------------------------------------------------------
Арифметические	NEG		C = -A			C = A# + 1
		ADD		C = A + B
		ADC		C = A + B + CF
		SUB		C = A - B		C = A + B# + 1
		SBC		C = A - B - CF		C = A + B# + CF#
 ------------------------------------------------------------------
Сравнение	CMP		Set_Flags(A - B) 	результат игнорируется
		TEST		Set_Flags(A and B)	результат игнорируестся
 ------------------------------------------------------------------
Сдвиговые	SHL		C = A << N
		SHR		C = A >> N
		SAL		C = A << N
		SAR		C = A >>> N
		ROL		rotate left
		ROR		rotate right
		RCL		rotate left with CF
		RCR		rotate right with CF
 ------------------------------------------------------------------
Умножение	MUL 		C = A * B   	    беззнаковое
		IMUL		C = A * B	    знаковое
Деление		DIV 		C = A / B	    знаковое
		REM		C = A % B	    остаток от деления
		IDIV		C = A / B	    беззнаковое
		IREM		C = A % B              остаток от деления
 ------------------------------------------------------------------


Логические операции описаны в разделе 4.2.
Арифметические операции описаны в разделе 11.*.


Сравнение:

	-------------------------------------------
        Числа		Условие		ZF CF OF 
	-------------------------------------------
	Без знака	A > B		0  0  -
	Без знака	A == B		1  0  -
	Без знака	A < B		0  1  -
	-------------------------------------------


Сдвиги:

			+--+      +-------------+
	SHL/SAL		|CF| < -- |             | <-- 0
			+--+      +-------------+

			          +-------------+      +--+
	SHR		   0 --- >|             |  --> |CF|
	                          +-------------+      +--+

				  +-------------+      +--+
	SAR	            +--- >|             |  --> |CF|
	                    |     +-------------+      +--+
			    +------+
			при арифметическом сдвиге старший бит 
			копируется сам в себя.

			+--+       +------------+
	ROL		|CF| < -+- |            |< --+
			+--+	|  +------------+    |
				+--------------------+

				  +-------------+       +--+
	ROR		     +-- >|             |--+--> |CF|
	                     |    +-------------+  |    +--+
			     +---------------------+			

			+--+     +--------------+
	RCL	    +---|CF|< ---|              |< --+
	            |   +--+     +--------------+    |
		    +--------------------------------+

			+---------------+     +--+
	RCR	   +-- >|               |--- >|CF|--+
		   |    +---------------+     +--+  |
		   +--------------------------------+
		




Пример простого однобитового ALU: