- ALU veiktās operācijas
- Loģiskās operācijas
- Aritmētiskās operācijas
- Bitu maiņas operācijas
- Aritmētiskā un loģiskā vienība
- ALU arhitektūra
- Loģikas vārti
- UN vārti
- VAI vārti
- NAV vārti
- Ieraksti
- Atsauces
ALU (Aritmētiski Loģiskais Unit) ir elektroniska shēma, kuras funkcija ir veikt visus procesus, kas saistīti ar procedūrām par loģikas un skaitlisko aprēķinu. Tas ir uzskaitīts kā datoru centrālā procesora (CPU) neatņemama sastāvdaļa.
Jaunākie CPU ietver ļoti jaudīgus un sarežģītus ALU. Dažās CPU struktūrās ALU ir sadalīta aritmētiskajā un loģiskajā vienībā. Papildus ALU šodienas centrālajos procesoros ietilpst vadības bloks.
Avots: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=168473
Lielāko daļu CPU darbību veic viena vai vairākas ALU, kad dati tiek ielādēti no ievades reģistriem. Reģistrs ir maza brīva vieta, kur to uzglabāt kā centrālo procesoru.
Vadības bloks norāda ALU, kāda procedūra jāveic ar šo informāciju, un saglabā rezultātu izvades reģistrā. Vadības bloks veic informācijas pārsūtīšanu starp reģistriem, ALU un atmiņu.
Tā kā procedūras kļūst sarežģītākas, ALU arī aizņems vairāk CPU vietas, maksās vairāk un radīs vairāk siltuma.
ALU veiktās operācijas
ALU galvenokārt ir paredzēts loģisko un matemātisko operāciju veikšanai, ieskaitot bitu nobīdes operācijas. Šie ir pamata procesi, kas jāizpilda gandrīz visiem datiem, kurus apstrādā CPU.
Loģiskā aritmētiskā vienība ir tā CPU sastāvdaļa, kas veic visus aprēķinus, kas CPU var būt nepieciešami. Tā ir datora "aprēķinošā" daļa, jo tā veic pamata aritmētiskās un loģiskās operācijas.
Lielai daļai procedūru ir loģisks raksturs. Saskaņā ar ALU dizainu CPU var dot lielāku jaudu. Tomēr tas arī liks jums izmantot vairāk enerģijas un ražot vairāk siltuma.
Dažādās ALU veiktās darbības var klasificēt šādi:
Loģiskās operācijas
Šeit ir dažādas loģiskās operācijas, piemēram, AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND utt.
Aritmētiskās operācijas
Attiecas uz bitu saskaitīšanu un atņemšanu. Lai arī reizēm tiek izmantota reizināšana un dalīšana, šīs operācijas ir dārgākas.
Atkārtotu saskaitīšanu var izmantot arī, lai aizstātu reizināšanu un atkārtotu atņemšanu, lai aizstātu dalīšanu.
Bitu maiņas operācijas
Tas attiecas uz bitu pozīciju nobīdi noteiktā skaitā vietu pa labi vai pa kreisi, ko uzskata par reizināšanas operāciju.
Aritmētiskā un loģiskā vienība
Aritmētiskajā vienībā reizināšanu un dalīšanu veic ar virkni saskaitīšanas vai atņemšanas operāciju un, pārbīdot bitus. Negatīvu skaitļu attēlošanai ir vairāki veidi.
Loģiskajā diskdzinī var veikt jebkuru no 16 iespējamām loģiskām operācijām. Piemēram, divu operandu pretstatīšana vai bitu neatbilstības atpazīšana.
ALU arhitektūra
ALU var tieši piekļūt procesora vadības blokam, galvenajai atmiņai un ievades un izvades ierīcēm gan ievadei, gan izvadei.
Ieejas un izejas dati tiek pārsūtīti pa elektronisko ceļu, ko sauc par kopni. Ievade atbilst instrukcijai, kas satur vienu vai vairākus operandus, operācijas kodu un dažos gadījumos arī formāta kodu.
Operācijas kods parāda ALU, kāda darbība tai būtu jāveic papildus šajā darbībā iesaistītajiem operandiem. Piemēram, jūs varētu dot norādījumus abus operandus atņemt vai salīdzināt.
Izvade sastāv no rezultāta, kas tiks ievietots krātuves reģistrā, un konfigurācijas, kas norādīs, vai darbība bija veiksmīga. Ja nē, kaut kāds stāvoklis tiek saglabāts mašīnas stāvoklī.
Bitu straumi un ar tām ALU apakšvienībās veiktās operācijas kontrolē ar vārtu ķēdēm.
Šajās shēmās loģiskas secības vienība ir tā, kas virza vārtus caur īpašu secību, kas atbilst katram operācijas kodam.
Loģikas vārti
Visa informācija datorā tiek saglabāta un apstrādāta bināru numuru veidā, tas ir, 0 un 1. Bināru numuru apstrādei tiek izmantoti tranzistoru slēdži, jo slēdzī ir tikai divi iespējamie stāvokļi: atvērts vai slēgts.
Atvērts tranzistors, caur kuru neiziet strāva, apzīmē 0. Slēgts tranzistors, caur kuru strāva iet, apzīmē skaitli 1.
Darbības var veikt, savienojot vairākus tranzistorus. Vienu tranzistoru var izmantot, lai vadītu otru tranzistoru. Piemēram, viena tranzistora slēdzis ieslēdzas vai izslēdzas atkarībā no otrā tranzistora stāvokļa.
To sauc par vārtiem, jo šo izkārtojumu var izmantot, lai atļautu vai apturētu elektrisko strāvu.
Vārti ir ALU celtniecības bloki. Tie ir būvēti no diodēm, rezistoriem vai tranzistoriem. Šie vārti tiek izmantoti integrētajā shēmā, lai attēlotu bināro ieeju kā "ieslēgtu" un "izslēgtu".
ALU tiek konfigurēts caur kombinatorisko shēmu. Šīs shēmas konformācijai tiek izmantoti loģiski vārti, piemēram, AND, OR, NOT.
UN vārti
AND vārtiem ir divas vai vairākas ieejas. AND vārtu izeja ir 1, ja visas ieejas ir 1. AND vārti atgriež 0, ja kāds no ieejas datiem ir 0.
VAI vārti
VAI vārtiem var būt divas vai vairākas ieejas. OR vārtu izeja vienmēr būs 1, ja kāda no ieejām ir 1, un 0, ja visas ieejas ir 0.
NAV vārti
Vienkāršākais darbības veids ir vārti, kuru NAV. Tas izmanto tikai vienu tranzistoru. Tas izmanto vienu ieeju un rada vienu izvadi, kas vienmēr ir pretēja ieejai.
Vārti NOT tiek izmantoti, lai mainītu vārtu rezultātu vai apgrieztu Būla stāvokli no 0 līdz 1 un no 1 līdz 0. Tas tiek izmantots arī ar vārtiem "AND" un "OR".
Lietojot tos kopā ar vārtiem AND vai "OR", NOT vārtus abu vārtu priekšā attēlo mazs aplis.
Pēc NOT vārtu izmantošanas, AND vārti kļūst NAND, un vārti "OR" kļūst NOR.
Ieraksti
Tie ir ļoti svarīgi komponenti ALU, lai saglabātu instrukcijas, starpposma datus, ievades operandus, pievienotos operandus, uzkrāto rezultātu, kas tiek glabāts akumulatorā, un gala rezultātu.
Reģistri nodrošina ļoti ātru piekļuvi atmiņai, salīdzinot ar kešatmiņu, RAM un cieto disku. Tie ir iebūvēti CPU un ir mazi.
Atsauces
- Pauls Zandbergens (2019). Aritmētiskā loģiskā vienība (ALU): definīcija, dizains un funkcija. Pētījums. Paņemts no: study.com.
- Tehnopēdija (2019). Aritmētiskās loģikas vienība (ALU). Paņemts no: limitspedia.com.
- Margareta Rouse (2019). Aritmētiskās loģikas vienība (ALU). Tehniskais mērķis. Paņemts no: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019. gads). Kas ir aritmētiskā loģikas vienība (ALU)? - Definīcija un nozīme. E-datora piezīmes. Paņemts no: ecomputernotes.com.
- Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2019). Aritmētiskā loģiskā vienība. Iegūts no: en.wikipedia.org.