Unitatea logică aritmetică (ALU) - ce este?

După cum știți, procesorul de calculator este alcătuit din patru componente de bază: unitatea logică aritmetică, modulul I / O, precum și unitățile de memorie și gestionare. Această arhitectură a fost definită în secolul trecut și, în ciuda faptului că a trecut mult timp, structura clasică von Neumann

Ce este ALU?

Un dispozitiv logic aritmetic este una dintre componentele unui procesor care este necesară pentru a efectua transformări de tip logic și aritmetic, începând de la elementare și terminând cu expresii complexe. Dimensiunea de biți a operanzilor utilizați este de obicei considerată lungimea unui cuvânt sau dimensiunea.

Sarcina principală a ALU este de a procesa datele stocate în memoria RAM a computerului. În plus, unitatea logică aritmetică este capabilă să producă semnale de control care direcționează calculatorul să aleagă calea corectă pentru efectuarea procesului de calcul necesar, în funcție de tipurile de date finale. Toate operațiunile implică circuite electronice, fiecare dintre ele fiind structurată în mii de elemente. Astfel de panouri sunt, de obicei, de mare viteză și foarte densă.

În funcție de semnalele introduse, ALU efectuează diferite tipuri de operații cu două numere. Orice aritmetic-logic dispozitiv de computer prevede implementarea a patru acțiuni de bază, schimburi și transformări logice. Setul de operațiuni ALU este principala sa caracteristică.

Componentele dispozitivului aritmetic-logic sunt patru grupuri principale de noduri care corespund proceselor de control, transmitere, stocare și transformare a datelor primite.

Unități de stocare ALU

Această categorie include:

• Declanșează stocarea biților auxiliari și semne diferite de rezultate;
• Registrele responsabile pentru integritatea operanzilor, rezultatele intermediare și finale.

Uneori, registrele unui dispozitiv aritmetic-logic pot fi combinate într-un bloc de memorie specializat și declanșează - formează un singur registru de stare.

Noduri de transmisie ALU

Această categorie include:

• autobuzele care leagă blocurile dispozitivului între ele;
• Multiplexoare și supape responsabile pentru selectarea direcției corecte de operare.

Noduri de conversie ALU

Acestea includ:

• veri care efectuează micro-operațiuni;
• scheme de execuție logică;
• transformatoarele;
• corectori pentru aritmetica zecimală;
• convertoare de cod utilizate pentru a obține date inverse sau suplimentare;
• contoare pentru numărarea numărului de cicluri finalizate și pentru implementarea transformărilor auxiliare.

Noduri de control ALU

Această categorie de obiecte include:

• unitatea de comandă;
• semnal decodor;
• schemele de conversie logică necesare pentru a forma sucursale pentru executarea firmware-ului.

Acțiunea unității de control a procesorului

Această unitate este responsabilă pentru generarea unei secvențe de semnale funcționale necesare pentru executarea corectă a comenzii specificate. De regulă, astfel de transformări sunt realizate pentru mai multe cicluri.

Dispozitivul de control oferă execuția automată a programului. În același timp, sunt implicate sucursalele coordonate ale altor componente ale mașinii.

Principiul de bază al microprogramării, care are un număr clar de caracteristici, este responsabil de funcționarea dispozitivului de comandă.

Clasificarea UAV

Dispozitivele logice aritmetice prin intermediul variabilelor de operare sunt împărțite în paralele și secvențiale. Principala diferență dintre aceste ULE constă în modul în care sunt reprezentați operanzii și operațiile efectuate.

Prin natura utilizării logicii aritmetice, dispozitivele sunt împărțite în blocuri multifuncționale și blocate. In primul tip ALU pentru a efectua operațiuni cu diferite forme de numere de repaus utilizate sunt aceleași circuite care sunt adaptate la modul de funcționare la datele solicitate. În cazul dispozitivelor bloc, toate operațiile sunt efectuate prin distribuție pe tipuri de date. Pentru operații cu numere zecimale, câmpuri alfabetice și numerice, punct de flotare numeric sau folosind diferite scheme fixe. În același timp, dispozitivul logic aritmetic funcționează mult mai rapid datorită performanței paralele a sarcinilor date. Dar, de asemenea, acestea au un dezavantaj - costuri crescute pentru suportul echipamentelor.

Un dispozitiv aritmetic-logic poate fi utilizat pentru:

• numere zecimale;
• numere cu un punct de plutire;
• numere cu un punct fix.

Operațiunile dispozitivului

Structura ALU presupune executarea acțiunilor prin funcții logice, care sunt împărțite în astfel de grupuri:

• zecimale aritmetice;
• binar aritmetic pentru numere cu un punct marcat clar;
• aritmetică hexazecimală pentru expresii cu un delimitator plutitor;
• modificarea adreselor de comandă;
• operații de tip logic;
• transformarea câmpurilor alfanumerice;
• aritmetică specială.

modern calculatoare electronice pot implementa toate tipurile de activitate menționate mai sus, iar microcomputerele nu au o astfel de funcționalitate de bază, astfel încât procedurile cele mai complexe sunt realizate prin conectarea subrutinelor mici.

Operații aritmetice și proceduri logice

Toate acțiunile ULE pot fi împărțite în mai multe grupuri.

Operațiile aritmetice includ împărțirea, înmulțirea, scăderea modulelor, scăderea și adăugarea normală.

Pentru grupul de transformări logice, sunt incluse logica "și" și "sau", adică conjuncția și disjuncția, precum și compararea datelor cu egalitatea. Astfel de proceduri, ca regulă, sunt efectuate pe cuvinte binare constând dintr-o pluralitate de biți.

Operațiile aritmetice speciale includ schimbări de normalizare, schimburi logice și aritmetice. Între aceste transformări există o diferență semnificativă. Dacă, în schimbul aritmetic, numai cifrele digitale sunt schimbate la o locație, atunci la un semn logic cifra este atașată la mișcare.

Fiecare operație care apare prin utilizarea unui dispozitiv aritmetic-logic poate fi numită o succesiune de funcții de tip logic, care sunt descrise de logica multi-biți pentru computerele electronice. De exemplu, computerele binare folosesc logica binară și așa mai departe, până la un sistem zecimal.

Absolut toate transformările aritmetice-logice au propriii lor operanzi, iar rezultatele pe ieșire sunt tratate ca șiruri de biți cu șaisprezece cifre. Singurele excepții sunt primitivele diviziei semnelor DIVS. O varietate de steaguri vă permit să tratați datele la ieșire ca o cifră cu un semn minus sau plus pentru depășire. Logica conversiei de biți este construită pe modulo aritmetică. Steagul este plasat dacă apar schimbări imprevizibile cu un semn. De exemplu, adăugând două numere pozitive, ar trebui să obțineți rezultatul cu un semn "+". Dar dacă se produce o transportare în biți semn care stabilește unitatea și rezultatul este negativ, atunci este setat drapelul de depășire.

Logica bitului de transfer se bazează pe aritmetica nesemnată. Acest steguleț este setat de sistem dacă transportul generat de la cel mai înalt bit nu poate fi scris ca rezultat. Acest bit ALU este foarte eficient atunci când se utilizează transformări cu reprezentări verbose.

concluzie

Dispozitivul logic aritmetic este folosit pentru a efectua transformări logice și aritmetice peste operanții necesari, în care apar deseori comenzi de roluri sau coduri de numere. După terminarea acțiunii, rezultatul este returnat în memorie pentru a fi utilizat în următoarele calcule.