TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS

TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
•
CUESTIONES A TRATAR:
– ¿Cual es la función de la unidad operativa?¿Es necesaria?
– ¿Qué tipos de circuitos implementan la unidad operativa?
– Unidad operativa frente a ALU
– ¿Qué es una operación de múltiple precisión?
– ¿Qué diferencia hay entre REDONDEO y TRUNCAMIENTO?
– ¿Qué es un coprocesador?
– ¿Qué tipo de memoria se utiliza para cada nivel de la jerarquía?
– ¿Cómo es la aritmética en coma flotante?
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
INTRODUCCIÓN. UNIDAD OPERATIVA
OPERACIONES DE DESPLAZAMIENTO Y OPERACIONES LÓGICAS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
CIRCUITOS INTEGRADOS PARA EL DISEÑO DE UNIDADES
ARITMÉTICO-LÓGICAS
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
INTRODUCCIÓN. UNIDAD OPERATIVA
UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA
– Encargada de realizar las operaciones con los datos.
– Formas de realizar una operación:
• Circuito combinacional. Una fase.
• Circuito secuencial que genera sus fases.
• Circuito secuencial con fases generadas por U.C.
• Mediante programa.
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
INTRODUCCIÓN. UNIDAD OPERATIVA
ESTRUCTURA UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
INTRODUCCIÓN. UNIDAD OPERATIVA
OPERADOR
– Circuito electrónico capaz de realizar una operación aritmética o
lógica.
– Tipos de operadores:
• Ámbito aplicación: general o especializado.
• Realización: Combinacional o secuencial.
• Número de operandos: Monádico o Diádico.
• Paralelismo: Serie o dígito, paralelo o vector.
• Operación:
– De desplazamiento: (logicos, circulares, aritmeticos)
– Lógico (AND, OR, NOT, XOR)
– Aritmético: (Negación, Suma, Resta, Multiplicación, División)
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
INTRODUCCIÓN. UNIDAD OPERATIVA
OPERADORES DE MICROPROCESADORES ACTUALES
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES DE DESPLAZAMIENTO Y OPERACIONES LÓGICAS
– Desplazamiento: Trasladar los bits de una palabra hacia la izquierda
o derecha.
– Según la forma de tratar los extremos del desplazamiento:
• Desplazamientos lógicos: Ceros.
• Desplazamientos circulares.
• Desplazamientos aritméticos: Consiste en multiplicar o dividir por
una potencia de dos. Dependo del la forma de representación
(signo magnitud, complemento a 2 ).
• Desplazamientos concatenados: Afectan a varios elementos.
– Dos registros concatenados.
– Un registro concatenado con bit de acarreo.
– Un registro concatenado con el biestable de signo.
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES DE DESPLAZAMIENTO Y OPERACIONES LÓGICAS
OPERACIONES LÓGICAS
•
Se aplican sobre bits independientes:
–
–
–
–
NOT
AND
OR
XOR
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
•
•
•
OPERACIÓN DE CAMBIO DE SIGNO.
OPERACIÓN EXTENSIÓN DE SIGNO.
OPERACIONES SUMA Y RESTA
– SUMA Y RESTA EN BINARIO SIN SIGNO
– SUMA Y RESTA EN COMPLEMENTO A 2
– SUMA Y RESTA EN COMPLEMENTO A 1
– SUMA Y RESTA EN SIGNO MAGNITUD
– SUMA Y RESTA EN REPRESENTACIÓN EN EXCESO
– SUMADOR-RESTADOR BCD (Ajuste decimal)
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
•
OPERACIONES SUMA Y RESTA
– SUMA Y RESTA EN COMA FLOTANTE
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
•
OPERACION MULTIPLICACIÓN
– MULTIPLICACIÓN EN BINARIO SIN SIGNO
• Ejemplo
– MULTIPLICACIÓN EN BINARIO CON SIGNO
•
•
•
•
Análisis de los signos, para determinar signo resultado.
Conversión a positivo del resultado.
Multiplicación sin signo
Cambio si procedo del signo del resultado.
– MULTIPLICACIÓN EN COMA FLOTANTE
• Suma de exponentes y multiplicación binaria de las mantisas
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
•
OPERACION DIVISIÓN
– Mas complicada que la multiplicación.
– DIVISION EN BINARIO
• Ejemplo
– DIVISIÓN EN COMA FLOTANTE
• Resta de exponentes y división binaria de las mantisas
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
OPERACIONES EN PRECISIÓN MÚLTIPLE
•
•
Precisión múltiple: Datos utilizan un número mayor de bits que el ancho
de palabra del computador.
Problemas:
– Para almacenar dato se necesita: más de una posición de memoria o
más de un registro.
– Tratar los datos por partes. La unidad aritmético lógica opera en
paralelo una palabra de bits.
→
→
+
(
+
+
+
−
)(
+
+
)
=
++
+
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
OPERACIONES EN PRECISIÓN MÚLTIPLE
→
→
(
⋅
=
⋅
=
)(
+
+
=
+(
↔↔
↔↔
↔↔
↔↔
−−−−−−−
↔↔↔↔ ⋅
+
)=
=
)
+
=
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
BIESTABLES DE ESTADO ARITMÉTICO
•
•
•
Función: Guardar algunas propiedades del resultado de la última
operación realizada.
Información utilizada por la Unidad de control. Ejemplo: instrucciones de
salto.
Los más comunes:
– CERO (Z):
– SIGNO (N):
– DESBORDAMIENTO (V):
– ACARREO (C):
– PARIDAD (P):
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
OPERACIONES ARITMÉTICAS
TÉCNICAS DE REDONDEO
•
Se aplican cuando tras alguna operación, el resultado produce más bits de
los que se puede albergar en el destino.
+
≤α ≤
•
•
+
Formas de aproximación más usuales:
– TRUNCAMIENTO: Eliminación de bits menos significativos. Acumula
errores por defecto. -RES<=ERR<=0
– REDONDEO: Tomar valor más próximo. Errores por defecto y exceso
que tiende a evitar su acumulación. Alto coste pues equivale a
truncamiento e incremento. -RES/2<=ERR<=RES/2.
– TRUNCAR Y BIT MENOS SIGNIFICATIVO A 1: Errores por defecto y
exceso que tiende a evitar su acumulación. -RES<=ERR<=RES
Dígitos de guarda
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
CIRCUITOS INTEGRADOS PARA EL DISEÑO DE UNIDADES
ARITMÉTICO-LÓGICAS
•
•
•
ALU 74181: Circuito integrado que implementa un operador combinacional
de cuatro bits que realiza 16 operaciones aritméticas sencillas y 16
operaciones lógicas.
Unidades operativas universales: Am2901, Am29203.
COPROCESADORES.
– Microprocesadores antiguos no incluían HW para efectuar cálculos
científicos. Soluciones SW lentas.
– Chip independiente para cálculos científicos de alta velocidad.
– Normalmente el coprocesador es el encargado de interpretar el
conjunto de instrucciones especiales nuevo. El procesador original o
HOST únicamente puede diferenciar estas operaciones especiales de
las normales, pero no puede interpretarlas.
– Proporciona una extensión lógica del modelo del programador en
cuanto a instrucciones, registros y tipos de operandos.
TEMA III: OPERACIONES CON LOS DATOS
CIRCUITOS INTEGRADOS PARA EL DISEÑO DE UNIDADES
ARITMÉTICO-LÓGICAS
•
TÉCNICAS PARA PASAR ÓRDENES AL COPROCESADOR:
– Interfaz inteligente de control.
– Coprocesador con señales e instrucciones especiales.
– Coprocesador con instrucciones especiales.