Jedinica aritmetičke logike (ALU) - što je to?

Kao što znate, procesor računala sastoji se od četiri osnovne komponente: aritmetička logička jedinica, I / O modul, kao i memorije i upravljačke jedinice. Ta je arhitektura definirana u prošlom stoljeću i, unatoč tome što je prošlo puno vremena, klasična struktura von Neumann

Što je ALU?

Aritmetička logička naprava je jedna od komponenti procesora koja je neophodna za obavljanje logičkih i aritmetičkih transformacija tipa, počevši od osnovnih i završnih složenih izraza. Veličina bita operanda koji se koriste obično se smatra dužinom riječi ili veličinom.

Glavni zadatak ALU je obrada podataka pohranjenih u RAM-u računala. Osim toga, aritmetička jedinica logike je sposobna proizvoditi kontrolne signale koji usmjeravaju računalo kako bi odabrali ispravan put za obavljanje potrebnog računalnog procesa, ovisno o konačnim vrstama podataka. Sve operacije uključuju elektroničke sklopove, od kojih je svaka strukturno podijeljena na tisuće elemenata. Takve ploče su obično velike brzine i vrlo guste.

Ovisno o signalima koji se unose, ALU obavlja različite vrste operacija s dva broja. Bilo koja aritmetičko-logička računalni uređaj predviđa provedbu četiri osnovne radnje, smjene i logičke transformacije. Skup ALU operacija je glavna karakteristika.

Komponente aritmetičko-logičkog uređaja su četiri glavne skupine čvorova koje odgovaraju procesima kontrole, prijenosa, pohrane i transformacije ulaznih podataka.

ALU jedinice za pohranu

Ova kategorija uključuje:

• Pokreće se pohranjivanje pomoćnih bitova i različitih znakova rezultata;
• Registri odgovorni za integritet operanda, srednje i konačne rezultate.

Ponekad se registri aritmetičko-logičkog uređaja mogu kombinirati u specijalizirani blok memorije, a okidači - čine jedinstveni registar stanja.

Prijenosni čvorovi ALU

Ova kategorija uključuje:

• autobuse koji povezuju blokove uređaja između sebe;
• Multiplekseri i ventili odgovorni za odabir ispravnog smjera operacija.

Čvorovi konverzije ALU

To uključuje:

• ljeta koja obavljaju mikro operacije;
• sheme izvršenja logike;
• mjenjača;
• korektori za decimalnu aritmetiku;
• kodni pretvarači koji se koriste za dobivanje inverznih ili dodatnih podataka;
• brojači za brojenje broja završenih ciklusa i za provedbu pomoćnih transformacija.

Kontrolni čvorovi ALU

Ova kategorija objekata uključuje:

• upravljačka jedinica;
• dekoder signala;
• logičke sheme pretvorbe potrebne za stvaranje grana za izvršavanje firmwarea.

Djelovanje upravljačke jedinice procesora

Ova jedinica je odgovorna za generiranje redoslijeda funkcionalnih signala potrebnih za ispravno izvršenje navedene naredbe. U pravilu, takve transformacije su realizirane za nekoliko ciklusa.

Upravljački uređaj omogućuje automatsko izvođenje programa. Istodobno, uključene su potrebne koordinirane grane ostalih komponenti stroja.

Osnovno načelo mikroprogramiranja, koje ima jasan broj svojstava, odgovorno je za rad upravljačkog uređaja.

Razvrstavanje ALU

Aritmetičke logičke naprave prema načinu rada varijabli podijeljene su paralelno i sekvencijalno. Glavna razlika između ovih ALU-a leži u načinu na koji su operandi predstavljeni i operacije izvedene.

Po prirodi uporabe aritmetičke logičke naprave podijeljene su u višenamjenski i blok. U ALU prvog tipa koriste se iste sheme za obavljanje poslova s ​​različitim oblicima reprezentativnih brojeva koji se prilagođavaju zatraženom načinu rada s podacima. U bloknim uređajima sve se operacije vrše putem distribucije prema vrsti podataka. Za operacije s decimalnim brojevima, numerička i abecedna polja, znamenke s plutajućim ili fiksnim točkom, koriste se različite sheme. Istodobno, aritmetička logička jedinica radi mnogo brže zbog paralelne izvedbe zadanih zadataka. Ali oni također imaju nedostatak - povećane troškove za podršku u opremu.

Aritmetički-logički uređaj može se koristiti za:

• decimalni brojevi;
• brojevi s pomičnim zarezom;
• brojevi s fiksnom točkom.

Operacije uređaja

Struktura ALU pretpostavlja izvršavanje akcija kroz logičke funkcije, koje su podijeljene u takve skupine:

• decimalna aritmetika;
• binarnu aritmetiku za brojeve s jasno označenom točkom;
• heksadecimalni aritmetika za izraze s plutajućim graničnikom;
• izmjena adresa naredbi;
• logičke vrste operacija;
• transformacija alfanumeričkih polja;
• posebna aritmetika.

moderan elektroničkih računala mogu implementirati sve gore navedene vrste aktivnosti, a mikro računala nemaju takvu osnovnu funkcionalnost, pa se najsloženije postupke provode povezivanjem malih potprogrami.

Aritmetičke operacije i logičke procedure

Sve akcije ALU mogu se podijeliti u nekoliko skupina.

Aritmetičke operacije uključuju podjelu, množenje, oduzimanje modula, normalno oduzimanje i dodavanje.

U skupinu logičnih transformacija uključene su logičke "i" i "ili", to jest spoj i razdvajanje, kao i usporedba podataka s jednakošću. Takvi se postupci, u pravilu, izvode na binarnim riječima koje se sastoje od više bitova.

Posebne aritmetičke operacije uključuju normalizaciju, logičke i aritmetičke smjene. Između tih transformacija postoji značajna razlika. Ako se u aritmetičkoj smjeni mijenjaju samo digitalne znamenke na nekom mjestu, a na logičkom je znaku pričvršćena znamenka.

Svaka operacija koja se odvija pomoću aritmetičko-logičkog uređaja može se nazvati redoslijed funkcija logičkog tipa, koji su opisani multi-bitnom logikom za elektronička računala. Na primjer, binarna računala koriste binarnu logiku i tako dalje, do decimalnog sustava.

Apsolutno sve aritmetičko-logičke transformacije imaju svoje operande, a rezultati na izlazu tretiraju se kao nizovi bitova sa šesnaest znamenki. Jedine iznimke su primitivni dijelovi znakova DIVS-a. Razne zastavice omogućuju vam da podatke obrađujete kao znamenku s minus ili plus znakom za preljev. Logika konverzije bitova izgrađena je na modulo aritmetici. Zastava se postavlja ako se dogode nepredvidive promjene s znakom. Na primjer, dodavanjem dva pozitivna broja trebate dobiti rezultat s znakom "+". Ali ako se pojavi prijenos u znaku koji postavlja jedinicu, a rezultat je negativan, postavlja se oznaka preljeva.

Logika prijenosa bitova temelji se na nepotpisanom aritmetičkom. Ova zastava postavlja sustav ako generirani prijenos s najvišeg bita ne može biti napisan kao rezultat. Ovaj ALU bit je vrlo učinkovit kada se koristi transformira s opsežnim prikazima.

zaključak

Aritmetička logička naprava koristi se za obavljanje logičkih i aritmetičkih transformacija nad potrebnim operandima, u kojima se često pojavljuju uloge naredbi ili kodovi brojeva. Nakon završetka akcije, rezultat se vraća u memoriju za uporabu u sljedećim proračunima.