Индикаторы переноса и переполнения

Рассмотрим более подробно ситуацию, приводящую при уве­личении четырехбитового числа (т.е. прибавления к нему 1) к не­верному арифметическому результату, возникшую из-за конечности числовой системы ЭВМ. В числовой системе без знака эта проблема возникает при увеличении слова 1111, при этом имеет место перенос единицы из знакового бита. В случае системы чисел со знаком перенос из старшего бита дает верный результат: 1111+ 0001 = 0000 (что правильно: -1 + 1 = 0 ). Но в этой системе увеличение слова 0111 приводит к ошибочной ситуации: 0111 + 1 = 1000 (7 + 1 = -8), при этом имеет место перенос в знаковый бит.

В процессоре ЭВМ (устройстве, в котором выполняются арифме­тические операции) содержатся два индикатора — индикатор пере­носа и индикатор переполнения. Каждый индикатор содержит 1 бит информации и может быть процессором установлен (в этом случае ему придается значение, равное 1) или сброшен (равен 0). Индикатор переноса указывает на перенос из знакового бита, а индикатор пе­реполнения — на перенос в знаковый бит. Таким образом, после завершения операции, в которой происходит перенос в старший бит, процессор устанавливает индикатор переполнения, если такого пере­носа нет, то индикатор переполнения сбрасывается. Индикатор переноса обрабатывается аналогичным образом.

Важно то, что после выполнения операции процессором, ЭВМ сигнализирует о состоянии индикаторов и их можно проверить. Если состояние индикаторов указывает на неправильный арифметический результат, то необходимо предпринять меры, исправляющие эту ситуацию, т.е. пользователю ЭВМ представляется возможность контролировать правильность выполнения арифметических операций.

Следует иметь в виду, что способ обработки индикаторов процес­сором (т.е. их установление или сброс) зависит от выполняемой операции, а не просто от того, были или нет переносы. В одних случаях установка индикаторов будет происходить так, как описано выше. В других случаях один или другой индикатор может быть установлен или сброшен независимо от того, происходил ли в.„ действительности перенос в знаковый бит или из него, или есть, случаи, когда индикаторы остаются без изменения. Таким образом, правила для условий, при которых индикаторы устанавливаются, сбрасываются или остаются без изменения, зависят от выполняемой операции. При конструировании ЭВМ эти условия учитываются и аппаратура разрабатывается таким образом, чтобы индикаторы переноса и переполнения давали информацию о правильности выполнения операций в целом ряде обстоятельств.

Например, правильность операции сложения определяется на основании следующих условий:

1. Если машинные слова интерпретируются как числа без знака, то результат сложения двух слов будет арифметически правильным тогда и только тогда, когда не будет переноса из знакового бита. Если машинные слова интерпретируются как числа со знаком, то результат сложения

а) двух положительных чисел будет арифметически правильным тогда и только тогда, когда не будет переноса в знаковый бит;

б) двух отрицательных чисел будет арифметически правильным тогда и только тогда, когда будет происходить перенос в знаковый бит, причем в этой ситуации перенос из знакового бита происходит всегда;

в) отрицательного и положительного чисел всегда будет пра­вильным, а перенос в знаковый бит будет происходить тогда и только
тогда, когда будет также происходить перенос из знакового бита.

Таким образом, если в результате выполнения операции сложения происходит перенос из знакового бита, то индикатор переноса устанавливается, если нет, то индикатор переноса сбрасывается, т.е. состояние индикатора переноса, сброшенное или установленное, показывает соответственно правильность или неправильность опе­рации сложения без учета знака. Индикатор переполнения устанав­ливается, если два складываемых числа имеют один и тот же знак, а результат сложения получается с противоположным знаком; в про­тивном случае он сбрасывается, т.е. индикатор переполнения уста­навливается тогда и только тогда, когда происходит только один из переносов в знаковый бит или из него. Тем самым состояние инди­катора переполнения (сброшенное или установленное) может исполь­зоваться для определения соответственно правильности или непра­вильности сложения с учетом знака.