ALU (LOGISK ARITMETISK ENHET): OPERATIONER OCH ARKITEKTUR - TEKNOLOGI - 2025

Den ALU (aritmetisk logisk enhet) är en elektronisk krets vars funktion är att utföra alla de processer som är relaterade till förfarandena i logik och numerisk beräkning. Det är listat som en oumbärlig komponent i datorns centrala processorenhet (CPU).

Nya CPU: er innehåller mycket kraftfulla och komplexa ALU: er. I vissa CPU-strukturer är ALU indelat i en aritmetisk enhet och en logisk enhet. Förutom ALU har dagens CPU: er en styrenhet.

Källa: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=168473

De flesta operationerna hos en CPU utförs av en eller flera ALU: er, när data laddas från ingångsregister. Ett register är ett litet ledigt utrymme att lagra som en del av en CPU.

Kontrollenheten berättar för ALU vilken procedur som ska köras med den informationen och sparar resultatet i ett utgångsregister. Styrenheten utför överföring av information mellan register, ALU och minne.

När förfarandena blir mer komplexa kommer ALU också att ta upp mer CPU-utrymme, kosta mer och generera mer värme.

Verksamhet som utförs av ALU

ALU är främst dedikerad till att utföra logiska och matematiska operationer, inklusive bitskiftningsoperationer. Det här är grundläggande processer som måste utföras på nästan all data som CPU bearbetar.

Den logiska aritmetiska enheten är den del av CPU som utför alla beräkningar som CPU kan behöva. Det är den "beräknande" delen av datorn, eftersom den utför grundläggande aritmetiska och logiska operationer.

Många av förfarandena är logiska. Enligt ALU-konstruktionen kan CPU: n ges mer kraft. Men det kommer också att få dig att använda mer energi och producera mer värme.

De olika operationerna som utförs av ALU kan klassificeras enligt följande:

Logiska operationer

Här är de olika logiska operationerna, såsom AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.

Aritmetiska operationer

Avser tillägg och subtraktion av bitar. Även om multiplikation och delning ibland används är dessa operationer dyrare att utföra.

Upprepad tillsats kan också användas för att ersätta multiplikation och repeterande subtraktion för att ersätta delning.

Bitskiftningsoperationer

Den hänvisar till förskjutningen av bitpositionerna på ett visst antal platser till höger eller till vänster, vilket anses vara en multiplikationsoperation.

Aritmetisk och logisk enhet

I den aritmetiska enheten utförs multiplikation och delning genom en serie av tillsats- eller subtraktionsoperationer och genom att skifta bitarna. Det finns flera sätt att representera negativa siffror.

Vilken som helst av 16 möjliga logiska operationer kan utföras på den logiska enheten. Till exempel, kontrastera två operander eller igenkänna var bitarna inte matchar.

ALU-arkitektur

ALU kan direkt komma åt både ingång och utgång till processorns styrenhet, huvudminne och ingångs- och utgångsenheter.

Ingångs- och utgångsdata överförs via en elektronisk väg som kallas en buss. Ingången motsvarar en instruktion, som inkluderar en eller flera operander, en operationskod och i vissa fall en formatkod.

Operationskoden visar ALU vilken åtgärd den ska utföra, utöver de operander som är involverade i den operationen. Till exempel kan du instruera de två operanderna att subtraheras eller jämföras.

Utgången består av ett resultat som kommer att placeras i ett lagringsregister och en konfiguration som indikerar om operationen var framgångsrik. Om inte, kommer någon form av tillstånd att lagras i maskinens tillstånd.

Bitströmmen och operationerna som utförs på dem i ALU-underenheterna styrs av grindkretsar.

I dessa kretsar är en sekvenslogisk enhet den som leder grindarna, genom en specifik sekvens som motsvarar varje operationskod.

Logiska grindar

All information i en dator lagras och hanteras i form av binära nummer, det vill säga 0 och 1. Transistoromkopplare används för att hantera binära nummer, eftersom det bara finns två möjliga tillstånd i en switch: öppen eller stängd.

En öppen transistor, genom vilken ingen ström passerar, representerar en 0. En stängd transistor, genom vilken ström passerar, representerar en 1.

Operationer kan utföras genom att ansluta flera transistorer. En transistor kan användas för att driva en andra transistor. Exempelvis slås strömbrytaren för en transistor på eller av beroende på tillståndet för en andra transistor.

Detta är känt som en grind, eftersom detta arrangemang kan användas för att tillåta eller stoppa elektrisk ström.

Portarna är byggstenarna i ALU. De är byggda av dioder, motstånd eller transistorer. Dessa grindar används i den integrerade kretsen för att representera en binär ingång som "på" och "av" -tillstånd.

ALU är konfigurerad genom en kombinatorisk krets. Denna krets använder logiska grindar såsom AND, OR, NOT för dess konformation.

OCH grind

AND-grinden har två eller flera ingångar. Utgången från OCH-grinden är 1 om alla ingångar är 1. OCH-grinden returnerar 0 om någon av ingångsdata är 0.

ELLER grind

ELLER-grinden kan ha två eller flera ingångar. Utgången från ELLER-grinden kommer alltid att vara 1 om någon av ingångarna är 1 och 0 om alla ingångar är 0.

INTE grind

Den enklaste typen av operation är en INTE grind. Den använder bara en enda transistor. Den använder en enda ingång och producerar en enda utgång, vilket alltid är motsatsen till ingången.

NOT-grinden används för att vända resultatet av grindarna eller invertera det booleska tillståndet från 0 till 1 och från 1 till 0. Det används också med porten "OCH" och "ELLER".

När den används i samband med AND- eller "ELLER" -porten representeras INTE-grinden av en liten cirkel framför båda grindarna.

Efter att ha använt INTE-grinden blir AND-grindarna NAND och "ELLER" -grindarna blir NOR.

Uppgifter

De är en mycket viktig komponent i ALU för att lagra instruktioner, mellanliggande data, ingångsoperanderna, operandorna som läggs till, det ackumulerade resultatet, som lagras i en ackumulator och det slutliga resultatet.

Register ger mycket snabb åtkomst till minne jämfört med cache, RAM och hårddisk. De är inbyggda i CPU och är små.

referenser

1. Paul Zandbergen (2019). Aritmetic Logic Unit (ALU): Definition, Design & Function. Studie. Hämtad från: study.com.
2. Techopedia (2019). Aritmetic Logic Unit (ALU). Hämtad från: ceilingpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetic-logic unit (ALU). Techtarget. Hämtad från: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Vad är Aritmetic Logic Unit (ALU)? - Definition och betydelse. E-datoranteckningar. Hämtad från: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, gratis encyklopedi (2019). Aritmetisk logik. Hämtad från: en.wikipedia.org.