ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ОПЕРАЦИИ НАД СЛОВАМИ

— операции над словами, каждая из которых является совокупностью операций над цифрами (символами), составляющими данные слова. Э. о. н. с. являются компонентами операций более высоких уровней — машинных операций, встроенных процедур и др. Набор Э. о. н. с. должен обеспечивать алгоритмы выполнения любой заданной системы операций ЦВМ. Из соображений эффективности система операций машинных ЦВМ существенно избыточна, в соответстви с этим и набор Э. о. н. с. не может быть ограничен операциями, необходимыми для обеспечения алгоритмической полноты системы операций машины.

Несмотря на большое разнообразие видов Э. о. н. с., выделяют типовые элементарные операции, к которым относятся следующие: сдвиг слова, дешифрирование слова, прибавление единицы (или «-1»), элементарное суммирование двух слов, сравнение слов, передача слов, поразрядное сложение слов по модулю , поразрядное дополнение слов, поразрядное логич. сложение слов и поразрядное логич. умножение слов. Для переработки нечисловой информации система элементарных операций включает действия посимвольной обработки слов, а именно: посимвольный сдвиг слова, посимвольное сравнение слов, дешифрирование символов, счет символов.

Э. о. н. с., в которых результаты действий над цифрами каждого разряда не зависят от цифр смежных разрядов исходных слов, относятся к поразрядным операциям (передача слова, логические операции сложения и умножения, поразрядное сложение по модулю , поразрядное дополнение). Элементарное суммирование слов, прибавление к коду единицы, дешифрирование и сдвиг слова, а также элементарные действия посимвольной обработки слов не относятся к поразрядным операциям, т. к. разряды результирующего слова в этих операциях формируются не только в зависимости от соответствующих разрядов исходных слов, но могут являться и ф-цией предыдущих разрядов (операции суммирования и счета) или определяться частью или полным

значением исходного слова (операции сдвига и дешифрирования).

Операция сдвига заключается в смещении цифр (символов) слова, хранящегося в регистре, влево или вправо на заданное число разрядов (символов). Так, при сдвиге вправо на к разрядов состояние 1-го разряда регистра переместится в разряд, и т. д., при сдвиге влево на к разрядов состояние разряда переместится в разряд и т. д. По способу запоминания цифр, выходящих из регистра, сдвиги делятся на линейные и циклические. При выполнении линейного сдвига цифры, выходящие из регистра, либо теряются, либо поступают в другой регистр; при циклических сдвигах выдвигаемые цифры поступают в освобождающиеся разряды того же регистра; при линейном сдвиге в освободившиеся разряды регистра могут записываться нули, единицы, символы «пусто» либо приниматься новая информация из другого регистра. Если содержанием регистра является последовательность -разрядных символов, операция сдвига на один символ заключается в сдвиге на к разрядов, осуществляемых обычно для повышения быстродействия, одновременно.

Операция дешифрирования заключается в преобразовании значений слов в сигналы. Каждому значению слова в двоичном алфавите (диапазону значений) соответствует единичный сигнал, возникающий и сохраняющийся только при данном значении слова (диапазоне значений). К типовым относят операции дешифрирования значения слова и дешифрирования диапазона значений слова, реализуемые с помощью дешифраторов рода; получаемые сигналы используются в качестве управляющих.

Операция прибавления в слову единицы (или ) — операция счета — преобразует данное значение числового слова в одно из смежных его значений. Операция счета, вместе с проверкой на равенство нулю содержимого. регистра с обрабатываемым словом, обеспечивает выполнение арифметических операций ЦВМ. В отдельных случаях оказывается целесообразным построение специализированных вычисл, устр-в для выполнения арифм. действий на базе операций счета единиц. С помощью операции счета и посимвольного сдвига может реализоваться операция счета символов. При этом каждый посимвольный сдвиг сопровождается прибавлением единицы в счетчик, где формируется результат операции. Аналогично может быть организован отсчет нужного к-ва символов из данной последовательности, напр., для передачи в другое устр-во; при этом в счетчике запоминается число, указывающее к-во отсчитываемых символов, а при сдвигах символов в счетчик засылаются Операция счета широко используется в управлении для образования последовательностей адресов команд, счета к-ва циклов при выполнении различных операций, формирования временных тактов различных длительностей и др.

Операция элементарного суммирования заключается в образовании арифм. суммы двух чисел, представленных в одинаковой системе счисления, с естественными весами разрядов, с одинаковым к-вом разрядов и с точкой, расположенной перед одним и тем же разрядом. Операция суммирования является осн. содержанием операции сложения, которая по сравнению с суммированием усложнена за счет возможного представления чисел в форме с плавающей точкой, различных знаков слагаемых, принятым способом представления отрицательных чисел и др. Особенностью операции суммирования является зависимость значения разряда результата операции (суммы) не только от разрядов исходных слов, но и от переноса образованного при суммировании младших разрядов, который в свою очередь является ф-цией переноса разрядов. При последовательном суммировании производится поразрядная обработка исходных слов, начиная с младших разрядов; при параллельном — обработка всех разрядов производится одновременно. Осн. блоком, используемым для реализации любых модификаций суммирования, является сумматор одноразрядный, предназначенный для образования суммы по модулю , трех цифр (двух цифр слагаемых и цифры переноса из младших разрядов) и формирования переноса, возникающего при их сложении.

Операция сравнения слов определяет отношение старшинства двух слов; она является осн. содержанием машинной операции условного перехода, обязательно содержащейся в системе операций универсальных ЦВМ. Обычно термин «сравнение» относится к операции, выполняемой над полными числами с учетом их знаков, т. е. к алгебр, сравнению. Модификацией этой операции является сравнение абс. величин или сравнение по модулю, часто применяющееся в вычислениях, напр., при определении конца итерационного процесса по заданной точности и др.

Особо следует отметить модификацию операции сравнения для обнаружения равенства значений двух величин, с помощью которой реализуется условный переход по точному совпадению слов, определяется совпадение символов при обработке нечисловой информации и др. Выполнение операции сравнения обычно производится в блоках арифметического устройства, предназначенных для сложения — вычитания с добавлением некоторых элементов, определяющихся с учетом реализуемой модификации операции сравнения. Сравнение на равенство, в отличие от других модификаций, целесообразно выполнять схемно, объединяя сравниваемые величины поразрядно на элементах совпадения. Элементарная операция сравнения на равенство в схемной реализации весьма полезна при организации операции посимвольной обработки нечисловой информации. Сравнение символов на равенство, являющееся осн. содержанием операции посимвольного просмотра строк, выполняется

при этом с макс. быстродействием при незначительных аппаратурных затратах. Элементарные операции сравнения символов и посимвольных сдвигов обеспечивают распознавание символов и упорядочение их последовательностей, т. е. эти операции необходимы для универсальной обработки нечисловой информации.

Передача слова заключается в считывании слова из одной ячейки памяти, пересылки его и записи в другую ячейку. Используется передача слова при обмене информацией между устр-вами ЦВМ, а также в процессе переработки информации в устр-вах. Если представление информации в данных устр-вах одинаково, обмен информацией между ними сводится к операциям передачи слов. В устр-вах, преобразующих информацию, напр., в операционном устройстве применяется, как прямая, так И инверсная передача слов. Напр., если отрицательное число задано обратным кодом в результате инверсной передачи слова, представляющего это число, получают положительное число, представленное прямым кодом, и наоборот. Может производиться передача из одного регистра в другой не всего слова, а некоторой его части — так выполняется выделение абсолютного значения, знака, порядка, дробной или целой части числа и др. Т. о., информация при передаче может преобразовываться.

Поразрядное сложение слов по модулю заключается в сложении по модулю т. цифр соответствующих разрядов слов. Эта операция является частью операции сложения чисел и, т. о., входит в состав арифм. операций. Поразрядное сложение слов по модулю входит в число элементарных операций, являющихся функциональной частью соответствующей машинной операции.

Поразрядное дополнение слова преобразует код каждого разряда слова в обратный. При Двоичном кодировании последовательность разрядов слова преобразуется в последовательность , где т. е. выполняется инвертирование слова; операция поразрядного дополнения может являться функциональной частью машинной операции инвертирования. Поразрядное дополнение всех цифр числа (без разряда знака) превращает прямой код отрицательного числа в обратный и наоборот, и является частью операции сложения в машинах с представлением чисел в прямом коде. Модификации операции инвертирования используются при выполнении перемены знака числа; для этого при представлении чисел в прямом коде выполняется инвертирование разрядов знаков; для чисел, представленных в обратном коде, производится инвертирование всех разрядов слова.

Поразрядное логическое сложение двух слов заключается в дизъюнкции соответствующих разрядов этих слов. Логическое сложение входит в число элементарных операций, являющихся функциональной частью соответствующей машинной операции. Логич. сложение может использоваться для модификации кодов команд и чисел. Напр., с помощью логич. сложения можно записать новый адрес на очищенное адресное поле команды. Для этого выполняется логич. сложение слова команды с очищенным адреспым полем и слова, содержащего новый адрес в части, соответствующей очищенному полю команды, и нули — в остальных разрядах слова.

Поразрядное логическое умножение двух слов заключается в конъюнкции соответствующих. разрядов этих слов. Логич. умножение является функциональной частью соответствующей машинной операции. Пользуясь логич. умножением, можно выполнить выделение любой части слова. Напр., можно выделить порядок или мантису числа, любой адрес или код операции в слове команды и др. Для выделения любой части слова используется набор с единицами в тех разрядах, которые должны быть выделены, и с нулями — в остальных разрядах. Реализация типовых Э. о.н. с. производится в блоках ЦВМ типовых.

Лит.: Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов. М., 1962 [библиогр. с. 464—469]; Рабинович 3. Л. Элементарные операции в вычислительных машинах. К., 1966 [библиогр. с. 299—301].

И. П. Окулова.