[Перевод] Как работало АЛУ процессора Intel 8086

В 1978 году Intel представила процессор 8086 — революционный чип, приведший к созданию современной архитектуры x86. Однако в отличие от современных 64-битных процессоров, 8086 был 16-битным. Его арифметически-логическое устройство (АЛУ, ALU) работает с 16-битными значениями, выполняя арифметические операции (например, сложение и вычитание), а также логические операции, включающие побитовые AND, OR и XOR. АЛУ процессора 8086 — сложная часть чипа, выполняющая 28 операций¹.

В этом посте я расскажу об управляющих АЛУ схемах, генерирующих сигналы управления конкретных операций. Этот процесс сложнее, чем можно было бы ожидать. Во-первых, команда машинного кода приводит к исполнению множества команд микрокода. Использование АЛУ — это двухэтапный процесс: одна команда микрокода (микрокоманда) конфигурирует АЛУ под нужную операцию, а вторая микрокоманда получает результаты из АЛУ. Кроме того, на основании микрокоманды и команды машинного кода схема управления отправляет в АЛУ сигналы управления, переконфигурируя его под нужную операцию. Таким образом, эта схема становится источником «клея» между микрокомандами и АЛУ.

На фотографии показан процессор 8086 под микроскопом. Я разметил основные функциональные блоки. Архитектурно чип разделён на блок интерфейса шины (Bus Interface Unit, BIU) в верхней части и блок исполнения (Execution Unit, EU) внизу. BIU занимается действиями с шиной и памятью, а также упреждающей выборкой команд, а EU исполняет команды. В правом нижнем углу находится ROM микрокода, хранящее микрокоманды. АЛУ (ALU) находится в левом нижнем углу; биты 7-0 расположены сверху, биты 15-8 — снизу, а между ними расположена схема флагов состояний. Темой этой статьи станет схема управления АЛУ, выделенная внизу красным цветом.