Aritmetična logična enota (ALU) - kaj je to?

Kot veste, je računalniški procesor sestavljen iz štirih osnovnih komponent: aritmetične logične enote, I / O modula, pa tudi pomnilniških in upravljalnih enot. Ta arhitektura je bila definirana v zadnjem stoletju in je kljub temu, da je minilo veliko časa, klasično strukturo von Neumann

Kaj je ALU?

Aritmetična logična naprava je ena od sestavnih delov procesorja, ki je potreben za izvajanje logičnih in aritmetičnih transformacij tipa, začenši od osnovnega in konča s kompleksnimi izrazi. Velikost bitov uporabljenih operandov se običajno šteje za dolžino besede ali velikost.

Glavna naloga ALU je obdelava podatkov, shranjenih v pomnilniku računalnika. Poleg tega je aritmetična logična enota sposobna proizvajati kontrolne signale, ki usmerjajo računalnik, da izbere pravilno pot za izvedbo potrebnega računskega postopka, odvisno od končnih podatkovnih tipov. Vse operacije vključujejo elektronska vezja, od katerih je vsaka strukturno razdeljena na tisoče elementov. Takšne plošče so običajno visoke hitrosti in zelo gosto.

Glede na vhodne signale, ALU izvaja različne vrste operacij z dvema številkama. Vse aritmetično-logične računalniška naprava predvideva izvajanje štirih osnovnih akcij, premikov in logičnih transformacij. Njena glavna značilnost je niz operacij ALU.

Komponente aritmetično-logične naprave so štiri glavne skupine vozlišč, ki ustrezajo procesom nadzora, prenosa, shranjevanja in preoblikovanja vhodnih podatkov.

ALU skladiščne enote

Ta kategorija vključuje:

• Sprožilci shranjujejo pomožne bitove in različne znake rezultatov;
• Registri, odgovoren za celovitost operandov, vmesnih in končnih rezultatov.

Včasih se registri aritmetično-logične naprave lahko združijo v specializirani pomnilniški blok in sprožijo - oblikujejo enotni register stanja.

Prenosne vozlišča ALU

Ta kategorija vključuje:

• avtobusi, ki povezujejo bloke naprave med seboj;
• Multiplexerji in ventili, odgovorni za izbiro pravilne smeri delovanja.

Konverzijske vozlišča ALU

Te vključujejo:

• poletja, ki opravljajo mikro-operacije;
• sheme izvajanja logike;
• izmenjalniki;
• korektorji za decimalno aritmetiko;
• kodni pretvorniki, ki se uporabljajo za pridobivanje inverznih ali dodatnih podatkov;
• števci za štetje števila zaključenih ciklov in izvajanje pomožnih transformacij.

Nadzorna vozlišča ALU

Ta kategorija predmetov vključuje:

• krmilna enota;
• signalni dekoder;
• logične pretvorbene sheme, potrebne za oblikovanje podružnic za izvajanje strojne programske opreme.

Dejanje procesne enote

Ta enota je odgovorna za generiranje zaporedja funkcijskih signalov, potrebnih za pravilno izvedbo določenega ukaza. Takšne transformacije se praviloma izvajajo za več ciklov.

Krmilna naprava omogoča samodejno izvajanje programa. Istočasno so vključene potrebne koordinirane veje drugih sestavnih delov stroja.

Osnovno načelo mikroprogramiranja, ki ima jasno število značilnosti, je odgovorno za delovanje krmilne naprave.

Klasifikacija ALU

Aritmetične logične naprave s pomočjo operativnih spremenljivk so razdeljene na vzporedne in zaporedne. Glavna razlika med temi ALU-ji leži v načinu predstavitve operandov in izvedenih operacij.

Po naravi uporabe aritmetične logične naprave so razdeljene v večnamenski in blok. V ALU prve vrste se iste sheme uporabljajo za izvajanje operacij z različnimi oblikami predstavljanja številk, ki se prilagajajo zahtevanemu načinu dela s podatki. V blokih se vse operacije izvajajo z distribucijo po tipih podatkov. Za operacije z decimalnimi številkami, številskimi in abecednimi polji se uporabijo različne sheme s plavajočo ali fiksno točko. Istočasno pa aritmetična logična naprava deluje precej hitreje zaradi vzporedne uspešnosti danih nalog. Ampak tudi v slabšem položaju - povečani stroški za podporo opreme.

Aritmetično-logična naprava se lahko uporablja za:

• decimalne številke;
• številke s plavajočo vejico;
• številke s fiksno točko.

Operacije naprave

Struktura ALU predpostavlja izvajanje dejanj z logičnimi funkcijami, ki so razdeljene na takšne skupine:

• decimalna aritmetika;
• binarna aritmetika za številke z jasno označeno točko;
• heksadecimalna aritmetika za izraze s plavajočim ločilom;
• spreminjanje naslovov ukazov;
• logične operacije tipa;
• preoblikovanje alfanumeričnih polj;
• posebna aritmetika.

Moderna elektronski računalniki lahko izvajajo vse zgoraj omenjene vrste dejavnosti, mikroračunalniki pa nimajo take osnovne funkcije, zato se najzahtevnejši postopki izvajajo s povezavo majhnih podprogramov.

Aritmetične operacije in logični postopki

Vsi ukrepi ALU lahko razdelimo na več skupin.

Aritmetične operacije vključujejo deljenje, množenje, odštevanje modulov, normalno odštevanje in dodajanje.

V skupino logičnih transformacij so vključeni logični "in" in "ali", torej konjunkcija in disjunkcija, pa tudi primerjava podatkov z enakostjo. Takšni postopki se praviloma izvajajo na binarnih besedah, ki so sestavljene iz množice bitov.

Posebne aritmetične operacije vključujejo normalizacijo, logične in aritmetične premike. Med temi spremembami je pomembna razlika. Če se v aritmetičnem pomiku na mestu namestijo samo digitalne številke, potem je z logičnim znakom pritrjena številka na gibanje.

Vsako operacijo, ki se pojavi z uporabo aritmetično-logične naprave, lahko imenujemo zaporedje logičnih vrst funkcij, ki jih opisuje multi-bitna logika za elektronske računalnike. Binarni računalniki na primer uporabljajo binarno logiko in tako naprej, do decimalnega sistema.

Absolutno vse aritmetično-logične transformacije imajo lastne operande, rezultati na izhodu pa se obravnavajo kot bitni nizi s šestnajstimi števkami. Edina izjema so primitivi razdelitve znakov DIVS. Različne zastave vam omogočajo obdelavo podatkov na izhodu kot številko z znakom minus ali plus za prelivanje. Logika pretvorbe bitov temelji na modulni aritmetiki. Zastava je postavljena, če se pojavijo nepredvidljive spremembe z znakom. Na primer, če dodate dve pozitivni številki, morate rezultat dobiti znak "+". Ampak, če pride do prenosa v znakovnem bitu, ki nastavi enoto in je rezultat negativen, potem je zastava preliva nastavljena.

Logična logika prenosa temelji na nepodpisani aritmetiki. To zastavo nastavi sistem, če rezultat ustvarjenega prenosa z najvišjega bitja ni mogoč. Ta ALU-bit je zelo učinkovit pri uporabi transformacij z verbosnimi predstavitvami.

Zaključek

Aritmetična logična naprava se uporablja za izvajanje logičnih in aritmetičnih transformacij nad potrebnimi operandi, pri katerih se pogosto pojavljajo ukazi ali kode vlog. Ko je dejanje končano, se rezultat vrne v pomnilnik za uporabo v naslednjih izračunih.