- ALU: n suorittamat operaatiot
- Loogiset operaatiot
- Aritmeettiset toimenpiteet
- Bittisiirtotoimet
- Aritmeettinen ja looginen yksikkö
- ALU-arkkitehtuuri
- Loogiset portit
- JA portti
- TAI portti
- EI portti
- asiakirjat
- Viitteet
ALU (aritmeettinen looginen yksikkö) on elektroninen piiri, jonka tehtävänä on suorittaa kaikki prosessit, jotka liittyvät menettelyt logiikan ja numeerinen laskenta. Se on lueteltu tietokoneiden keskusyksikön (CPU) välttämättömänä osana.
Viimeaikaiset prosessorit sisältävät erittäin tehokkaita ja monimutkaisia ALU: ita. Joissakin CPU-rakenteissa ALU on jaettu aritmeettiseen yksiköön ja loogiseen yksikköön. ALU: n lisäksi nykypäivän suorittimissa on ohjausyksikkö.
Lähde: CC BY-SA 3.0, Suurimman osan CPU: n toiminnoista suorittaa yksi tai useampi ALU, kun dataa ladataan syöttörekistereistä. Rekisteri on pieni vapaa tila, jota voidaan tallentaa osana prosessoria.
Ohjausyksikkö kertoo ALU: lle, mitä menettelyä näiden tietojen kanssa suoritetaan, ja tallentaa tuloksen tulosrekisteriin. Ohjausyksikkö suorittaa tiedonsiirron rekistereiden, ALU: n ja muistin välillä.
Menettelyjen monimutkaistuessa myös ALU vie enemmän prosessoritilaa, maksaa enemmän ja tuottaa enemmän lämpöä.
ALU: n suorittamat operaatiot
ALU on ensisijaisesti omistettu loogisten ja matemaattisten toimintojen suorittamiseen, mukaan lukien bittivirran operaatiot. Nämä ovat perustavanlaatuisia prosesseja, jotka on suoritettava melkein kaikelle prosessorin käsittelemälle tiedolle.
Looginen aritmeettinen yksikkö on CPU: n se osa, joka suorittaa kaikki CPU: n mahdollisesti tarvitsemat laskelmat. Se on tietokoneen "laskeva" osa, koska se suorittaa aritmeettiset ja loogiset perustoiminnot.
Suuri osa menettelyistä on loogisia. ALU: n suunnittelun mukaan CPU: lle voidaan antaa enemmän virtaa. Se aiheuttaa kuitenkin myös, että käytät enemmän energiaa ja tuotat enemmän lämpöä.
ALU: n suorittamat eri toiminnot voidaan luokitella seuraavasti:
Loogiset operaatiot
Tässä on erilaisia loogisia toimintoja, kuten AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND jne.
Aritmeettiset toimenpiteet
Tarkoittaa bittien lisäämistä ja vähentämistä. Vaikka joskus käytetään kertolaskua ja jakoa, nämä toiminnot ovat kalliimpia suorittaa.
Toistuvaa lisäystä voidaan käyttää myös kertolaskujen ja toistuvien vähennysten korvaamiseksi jaon korvaamiseksi.
Bittisiirtotoimet
Se viittaa bittipaikkojen siirtymiseen tietyssä määrässä paikkoja oikealle tai vasemmalle, mitä pidetään kertolaskutoimituksena.
Aritmeettinen ja looginen yksikkö
Aritmeettisessa yksikössä kertolasku ja jako suoritetaan summaamis- tai vähennysoperaatioiden sarjalla ja siirtämällä bittejä. Negatiivisia lukuja voidaan esittää monella tapaa.
Loogisessa asemassa voidaan suorittaa mikä tahansa 16 mahdollisesta loogisesta toiminnasta. Esimerkiksi kahden operandin vastakkainen asema tai tunnistaminen, missä bitit eivät täsmää.
ALU-arkkitehtuuri
ALU voi käyttää suoraan sekä tuloa että lähtöä prosessorin ohjausyksikköön, päämuistiin sekä syöttö- ja lähtölaitteisiin.
Tulo- ja lähtödataa siirretään elektronisen polun, jota kutsutaan väyläksi, kautta. Tulo vastaa käskyä, joka sisältää yhden tai useamman operandin, operaatiokoodin ja joissain tapauksissa myös formatokoodin.
Operaatiokoodi osoittaa ALU: n, mitä sen tulisi suorittaa kyseiseen operaatioon liittyvien operandien lisäksi. Voit esimerkiksi määrätä kaksi operandia vähennettäväksi tai vertailtavaksi.
Lähtö koostuu tuloksesta, joka asetetaan tallennusrekisteriin, ja kokoonpanosta, joka osoittaa, onko operaatio onnistunut. Jos ei, jonkinlainen tila tallennetaan konetilaan.
Bittivirtaa ja heille ALU-alayksiköissä suoritettuja toimintoja ohjataan porttipiireillä.
Näissä piireissä sekvenssilogiikkayksikkö on se, joka ohjaa portit tietyn sekvenssin läpi, joka vastaa kutakin operaatiokoodia.
Loogiset portit
Kaikki tietokoneessa olevat tiedot tallennetaan ja käsitellään binaarilukuina, ts. 0 ja 1. Transistorikytkimiä käytetään käsittelemään binaarinumeroita, koska kytkimessä on vain kaksi mahdollista tilaa: avoin tai suljettu.
Avoin transistori, jonka läpi virta ei kulje, edustaa 0. Suljettu transistori, jonka läpi virta kulkee, edustaa yhtä.
Operaatiot voidaan suorittaa kytkemällä useita transistoreita. Yhtä transistoria voidaan käyttää toisen transistorin ohjaamiseen. Esimerkiksi yhden transistorin kytkin kytkeytyy päälle tai pois päältä toisen transistorin tilan mukaan.
Tätä kutsutaan portiksi, koska tätä järjestelyä voidaan käyttää sallimaan tai lopettamaan sähkövirta.
Portit ovat ALU: n rakennuspalikoita. Ne on rakennettu diodeista, vastuksista tai transistoreista. Näitä portteja käytetään integroidussa piirissä edustamaan binaarituloa "päällä" ja "pois" -tilassa.
ALU määritetään kombinatorisen piirin kautta. Tämä piiri käyttää logiikkaportteja, kuten AND, OR, NOT konformaatiolleen.
JA portti
JA-portilla on kaksi tai useampia tuloja. AND-portin lähtö on 1, jos kaikki tulot ovat 1. AND-portti palauttaa arvon 0, jos jokin tulotiedoista on 0.
TAI portti
TAI-portilla voi olla kaksi tai useampia tuloja. TAI-portin lähtö on aina 1, jos jokin tuloista on 1 ja 0, jos kaikki tulot ovat 0.
EI portti
Yksinkertaisin operaatiotyyppi on EI-portti. Se käyttää vain yhtä transistoria. Se käyttää yhtä tuloa ja tuottaa yhden ulostulon, joka on aina vastakohta sisääntuloon.
NOT-porttia käytetään porttien tuloksen kääntämiseen tai Boolen tilan kääntämiseen 0: sta 1: een ja 0: een. Sitä käytetään myös "AND" - ja "OR" -portin kanssa.
Käytettäessä yhdessä AND- tai "OR" -portin kanssa, NOT-porttia edustaa pieni ympyrä molempien porttien edessä.
NOT-portin käytön jälkeen AND-portit muuttuvat NANDiksi ja "OR" -porteista NOR-merkinnät.
asiakirjat
Ne ovat erittäin tärkeä komponentti ALU: ssa ohjeiden, välitiedon, syöttöoperandien, lisättävien operandien, kertyneen tuloksen, joka tallennetaan varaajaan, ja lopputuloksen tallentamiseksi.
Rekisterit tarjoavat erittäin nopean pääsyn muistiin verrattuna välimuistiin, RAM: iin ja kiintolevyyn. Ne on rakennettu prosessorissa ja ovat pieniä.
Viitteet
- Paul Zandbergen (2019). Aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU): määritelmä, suunnittelu ja toiminta. Tutkimus. Otettu: study.com.
- Techopedia (2019). Aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU). Kuvannut: roofpedia.com.
- Margaret Rouse (2019). Aritmeettis-looginen yksikkö (ALU). TechTarget. Otettu: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019). Mikä on aritmeettinen logiikkayksikkö (ALU)? - Määritelmä ja merkitys. Tietokoneen muistiinpanot. Otettu: ecomputernotes.com.
- Wikipedia, ilmainen tietosanakirja (2019). Aritmeettinen logiikkayksikkö. Kuvannut: en.wikipedia.org.