ЛР2. Уточнение касательно SLT, добавление ссылок

Author: HepoH3

Labs/02. Arithmetic-logic unit/README.md

@@ -4,7 +4,7 @@
 
 ## Цель
 
-Используя навыки по описанию мультиплексоров, писать блок арифметико-логического устройства (АЛУ) на языке SystemVerilog.
+Используя навыки по описанию мультиплексоров, описать блок арифметико-логического устройства (АЛУ) на языке SystemVerilog.
 
 ## Материалы для подготовки к лабораторной работе
 
@@ -24,25 +24,27 @@
 
 Также, кроме результата операций, АЛУ формирует флаги, которые показывают выполняется ли заданное условие. Например, выведет `1`, если один операнд меньше другого.
 
-Обычно АЛУ представляет собой комбинационную схему (то есть без элементов памяти), на входы которой поступают информационные (операнды) и управляющие (код операции) сигналы, в ответ на что на выходе появляется результат заданной операции. АЛУ бывает не комбинационной схемой, но это скорее исключение.
+Обычно АЛУ представляет собой комбинационную схему (то есть не имеет элементов памяти), на входы которой поступают информационные (операнды) и управляющие (код операции) сигналы, в ответ на что на выходе появляется результат заданной операции. АЛУ бывает не комбинационной схемой, но это скорее исключение.
 
 ![../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_01.drawio.svg](../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_01.drawio.svg)
 
-_Рисунок 1. Структурное обозначение элемента АЛУ[1, стр. 305]._
+_Рисунок 1. Структурное обозначение элемента АЛУ[[1, стр. 305]](https://reader.lanbook.com/book/97336?lms=57991a6f83ced8530d7f0759ce4b95b7)._
 
 На рис. 1 изображен пример АЛУ, используемый в книге "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера" Харрис и Харрис. На входы `A` и `B` поступают операнды с разрядностью _N_. На 3-битный вход `F` подается код операции. Например, если туда подать `000`, то на выходе `Y` появится результат операции _логическое И_ между битами операндов `A` и `B`. Если на `F` подать `010`, то на выходе появится результат сложения. Это лишь пример, разрядность и коды могут отличаться в зависимости от количества выполняемых операций и архитектуры.
 
-Существует несколько подходов к реализации АЛУ, отличающиеся внутренней организацией. В лабораторных работах применяется повсеместно используемый подход мультиплексирования операций, то есть подключения нескольких операционных устройств (которые выполняют какие-то операции, например сложения, логическое И и т.п.) к мультиплексору, который будет передавать результат нужного операционного устройства на выходы АЛУ.
+Существует несколько подходов к реализации АЛУ, отличающиеся внутренней организацией. В лабораторных работах применяется повсеместно используемый подход мультиплексирования операций, то есть подключения нескольких операционных устройств (которые выполняют какие-то операции, например сложения, логического И и т.п.) к мультиплексору, который будет передавать результат нужного операционного устройства на выходы АЛУ.
 
-Рассмотрим на примере все того же АЛУ MIPS из книги Харрисов. На рис. 2, в левой его части, изображена внутренняя организация этого АЛУ, справа – таблица соответствия кодов операциям. На выходе схемы (внизу) стоит четырехвходовый мультиплексор, управляемый двумя из трех битов `F`. К его входам подключены _N_ логических И (побитовое И _N_-битных операндов), _N_ логических ИЛИ, _N_-битный сумматор и Zero Extend – устройство делающее из 1-битного числа _N_-битное число, дополняя нулями слева.
-
-К одному из входов этих операционных устройств подключен `A` без изменений, а ко второму подключен выход двухвходового мультиплексора, управляемого оставшимся битом _F_. То есть `F[2]` определяет, что будет вторым операндом: `B` или `~B`. Вдобавок `F[2]` подается на входной перенос сумматора, то есть, когда `F[2] == 1` на выходе сумматора появляется результат операции `A + ~B + 1`, что (с учетом [дополнительного кода](https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код)) эквивалентно `A – B`.
+Рассмотрим данный подход на примере все того же АЛУ MIPS из книги Харрисов. На рис. 2, в левой его части, изображена внутренняя организация этого АЛУ, справа – таблица соответствия кодов операциям. На выходе схемы (внизу) стоит 4-входовой мультиплексор, управляемый двумя из трех битов `F`. К его входам подключены _N_ логических И (побитовое И _N_-битных операндов), _N_ логических ИЛИ, _N_-битный сумматор и Zero Extend – устройство, дополняющее слева нулями 1-битное число до N-битного.
 
 ![../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_02.drawio.svg](../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_02.drawio.svg)
 
-_Рисунок 2. Структурная схема АЛУ MIPS[1, стр. 305]._
+_Рисунок 2. Структурная схема АЛУ MIPS[[1, стр. 305]](https://reader.lanbook.com/book/97336?lms=57991a6f83ced8530d7f0759ce4b95b7)._
+
+К одному из входов этих операционных устройств подключен без изменений вход `A`, а ко второму подключен выход двухвходового мультиплексора, управляемого оставшимся битом _F_. То есть `F[2]` определяет, что будет вторым операндом: `B` или `~B`. Вдобавок `F[2]` подается на входной перенос сумматора, то есть, когда `F[2] == 1` на выходе сумматора появляется результат операции `A + ~B + 1`, что (с учетом [дополнительного кода](https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код)) эквивалентно `A – B`.
+
+Посмотрим, что произойдет, если на вход `F` такого АЛУ подать `111`. Будет выполняться операция `SLT`(сокращение от `Set Less Then`) – выдать `1`, если `A` меньше `B`, в противном случае — выдать `0`. Биты `F[1:0]` переключат мультиплексор на выход блока Zero Extend. На вход Zero Extend поступает старший бит выхода сумматора, этот бит отвечает за знак результата. Так как `F[2] == 1`, сумматор вычисляет `A + ~B + 1`, то есть `A – B`. Если `A < B`, то результат вычитания будет отрицательный, а старший бит `Y[N-1] == 1`. Если `A` не меньше `B`, то разность будет неотрицательна, а `Y[N-1] == 0`, как и требуется от этой операции.
 
-Посмотрим, что произойдет, если на вход `F` такого АЛУ подать `111`. Будет выполняться операция `SLT`(сокращение от `Set Less Then`) – выдать `1`, если `A` меньше `B`, в противном случае — выдать `0`. Биты `F[1:0]` переключат мультиплексор на выход блока Zero Extend. На вход Zero Extend поступает старший бит выхода сумматора, этот бит отвечает за знак результата. Так как `F[2] == 1`, сумматор вычисляет `A + ~B + 1`, то есть `A – B`, значит, если `A < B`, то результат вычитания будет отрицательный, а старший бит `Y[N-1] == 1`. Если `A` не меньше `B`, то разность будет неотрицательна, а `Y[N-1] == 0`, как и требуется от этой операции.
+Сравнение двух чисел несколько сложнее чем просто проверка старшего бита разности и зависит от того, сравниваем ли мы знаковые числа или беззнаковые. Если знаковые — то произошло ли переполнение. Для простоты схемы, принято, что схема реализует операцию SLT для знаковых пар чисел, разность которых не вызывает переполнения [[2, 307]](https://reader.lanbook.com/book/241166?lms=1b8d65a957786d4b32b8201bd30e97f3).
 
 ![../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_03.drawio.svg](../../.pic/Labs/lab_02_alu/fig_03.drawio.svg)
 
@@ -58,7 +60,7 @@ _Рисунок 3. Пример исполнения операции АЛУ._
 
 ### Параметры
 
-Очень удобным на практике оказывается использование параметров. Параметры добавляют модулю гибкости, позволяя убрать "магические" константы из описания модулей, подставляя вместо них выразительное символьное имя. Параметры отдаленно схожи с макросами `#define` в языке Си, однако стоит понимать, параметры используются на этапе синтеза схемы, в отличие от макросов в языке Си, которые заменяются препроцессором еще до этапа компиляции.
+Очень удобным на практике оказывается использование параметров. Параметры добавляют модулю гибкости, позволяя убрать ["магические"](https://ru.wikipedia.org/wiki/Магическое_число_(программирование)#Плохая_практика_программирования) константы из описания модулей, подставляя вместо них выразительное символьное имя. Параметры отдаленно схожи с макросами `#define` в языке Си, однако стоит понимать, что это не одно и то же. Дефайны представляют собой специальные текстовые макросы, которые автоматически заменяются на этапе препроцессора (как если бы вы прошлись по всем файлам своего кода и вручную заменили бы макросы на их значения). Например, с помощью дефайнов можно писать целые куски кода, а не просто одно какое-то число. При этом у дефайнов глобальная область видимости (объявив их в одном месте, этот макрос будет доступен во всем последующем коде). Параметр в свою очередь может хранить только значение какого-то конкретного типа (т.е. в параметр нельзя поместить фрагмент кода) а область видимости параметра ограничена тем модулем, где он был объявлен.
 
 Допустим, ваше устройство должно включить тостер, если на вход ему придет сигнал `32'haf3c5bd0`. Человек, не знакомый с устройством, при прочтении этого кода будет недоумевать, что это за число и почему используется именно оно. Однако, скрыв его за параметром `TOASTER_EN`, читающий поймет, что это код включения тостера. Кроме того, если некоторая константа должна использоваться в нескольких местах кода, то определив её через в виде параметра, можно будет менять её в одном месте, и она тут же поменяется везде.
 
@@ -205,7 +207,7 @@ import alu_opcodes_pkg::*;      // импорт параметров, содер
 endmodule
 ```
 
-Для стандартного набора целочисленных операций архитектуры RISC-V требуется выполнять 16 различных операций. Для кодирования 16 операций было бы достаточно 4 бит, но в лабораторной работе предлагается использовать 5-битный код, что связано с особенностями кодирования инструкций. Видно, что старший бит кода операции указывает на то, является ли операция вычислительной или это операция сравнения.
+Для стандартного набора целочисленных операций архитектуры RISC-V требуется выполнять 16 различных операций. Для кодирования 16 операций было бы достаточно 4 бит, но в лабораторной работе предлагается использовать 5-битный код, что связано с особенностями кодирования инструкций. Старший бит кода операции указывает на то, является ли операция вычислительной или это операция сравнения.
 
 Для удобства чтения, список инструкций разбит на две таблицы.
 
@@ -310,4 +312,5 @@ _Рисунок 4. Пример схемы, реализующей АЛУ._
 
 ## Список использованной литературы
 
-1. Д.М. Харрис, С.Л. Харрис / Цифровая схемотехника и архитектура компьютера / пер. с англ. Imagination Technologies / М.: ДМК Пресс, 2018.
+1. [Д.М. Харрис, С.Л. Харрис / Цифровая схемотехника и архитектура компьютера / пер. с англ. Imagination Technologies / М.: ДМК Пресс, 2018](https://e.lanbook.com/book/97336).
+2. [Д.М. Харрис, С.Л. Харрис / Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V / пер. с англ. В. С. Яценков, А. Ю. Романов; под. ред. А. Ю. Романова  / М.: ДМК Пресс, 2021](https://e.lanbook.com/book/241166).