ALU (LOGISK ARITMETISK ENHED): OPERATIONER OG ARKITEKTUR - TEKNOLOGI - 2025

Den ALU (aritmetisk logisk enhed) er et elektronisk kredsløb, hvis funktion er at udføre alle de processer i forbindelse med procedurerne i logik og numerisk beregning. Det er anført som en uundværlig komponent i computerens centrale behandlingsenhed (CPU).

Nye CPU'er inkluderer meget kraftige og komplekse ALU'er. I nogle CPU-strukturer er ALU opdelt i en aritmetisk enhed og en logisk enhed. Foruden ALU inkluderer dagens CPU'er en styreenhed.

Kilde: CC BY-SA 3.0, De fleste af operationerne på en CPU udføres af en eller flere ALU'er, når data indlæses fra inputregistre. Et register er en lille ledig plads til opbevaring som en del af en CPU.

Kontrolenheden fortæller ALU, hvilken procedure der skal køres med denne information, og gemmer resultatet i et outputregister. Kontrolenheden udfører overførsel af information mellem registre, ALU og hukommelse.

Efterhånden som procedurerne bliver mere komplicerede, tager ALU også mere CPU-plads, koster mere og genererer mere varme.

Operationer, der udføres af ALU

ALU er primært dedikeret til at udføre logiske og matematiske operationer, herunder bitskiftoperationer. Dette er grundlæggende processer, der skal udføres på næsten alle de data, som CPU behandler.

Den logiske aritmetiske enhed er den komponent i CPU'en, der udfører alle de beregninger, som CPU'en muligvis har brug for. Det er den "beregne" del af computeren, da den udfører grundlæggende aritmetiske og logiske operationer.

Meget af procedurerne er af logisk karakter. I henhold til ALU-designet kan CPU'en få mere strøm. Men det vil også medføre, at du bruger mere energi og producerer mere varme.

De forskellige operationer, der udføres af ALU, kan klassificeres som følger:

Logiske operationer

Her er de forskellige logiske operationer, såsom AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.

Aritmetiske operationer

Henviser til tilføjelse og subtraktion af bits. Selvom der undertiden bruges multiplikation og opdeling, er disse operationer dyrere at udføre.

Gentagende tilføjelse kan også bruges til at erstatte multiplikation og gentagen subtraktion til at erstatte division.

Bitskiftoperationer

Det henviser til forskydningen af ​​bitpositionerne på et vist antal steder til højre eller venstre, hvilket betragtes som en multiplikationsoperation.

Aritmetisk og logisk enhed

I den aritmetiske enhed udføres multiplikation og opdeling ved hjælp af en række tilføjelses- eller subtraktionsoperationer og ved at skifte bitene. Der er flere måder at repræsentere negative tal på.

Enhver af 16 mulige logiske operationer kan udføres på det logiske drev. F.eks. Kontrast til to operander eller genkendelse af, hvor bitene ikke stemmer overens.

ALU-arkitektur

ALU kan direkte adgang til både input og output til processorens styreenhed, hovedhukommelse og input and output enheder.

Input- og outputdataene transmitteres via en elektronisk sti, der kaldes en bus. Indgangen svarer til en instruktion, der inkluderer en eller flere operander, en operationskode og i nogle tilfælde en formatkode.

Funktionskoden viser ALU, hvilken handling den skal udføre, ud over de operander, der er involveret i denne operation. For eksempel kan du instruere de to operander, der skal trækkes fra eller sammenlignes.

Outputet består af et resultat, der vil blive placeret i et lagerregister og en konfiguration, der viser, om handlingen var vellykket. Hvis ikke, gemmes en slags tilstand i maskinstatus.

Bitstrømmen og operationerne, der udføres på dem i ALU-underenhederne, styres af portkredsløb.

I disse kredsløb er en sekvenslogik enhed den, der leder portene gennem en bestemt sekvens, der svarer til hver operationskode.

Logiske porte

Al information på en computer gemmes og håndteres i form af binære numre, det vil sige 0 og 1. Transistorkontakter bruges til at håndtere binære numre, da der kun er to mulige tilstande i en switch: åben eller lukket.

En åben transistor, gennem hvilken ingen strøm passerer, repræsenterer en 0. En lukket transistor, gennem hvilken strøm passerer, repræsenterer en 1.

Funktioner kan udføres ved at forbinde flere transistorer. En transistor kan bruges til at drive en anden transistor. F.eks. Tændes eller slukkes kontakten til en transistor afhængigt af tilstanden for en anden transistor.

Dette er kendt som en port, fordi dette arrangement kan bruges til at tillade eller stoppe elektrisk strøm.

Portene er byggestenene i ALU. De er bygget af dioder, modstande eller transistorer. Disse porte bruges i det integrerede kredsløb til at repræsentere en binær input som "til" og "slukket" tilstand.

ALU er konfigureret gennem et kombinatorisk kredsløb. Dette kredsløb bruger logiske porte såsom AND, OR, NOT til dets konformation.

OG port

AND-porten har to eller flere indgange. Udgangen fra AND-porten er 1, hvis alle indgange er 1. AND-porten returnerer 0, hvis nogen af ​​inputdataene er 0.

ELLER port

OR-porten kan have to eller flere indgange. Udgangen fra OR-porten vil altid være 1, hvis nogen af ​​indgange er 1 og 0, hvis alle indgange er 0.

IKKE gate

Den enkleste type operation er en NOT gate. Den bruger kun en enkelt transistor. Den bruger en enkelt input og producerer en enkelt output, som altid er det modsatte af input.

NOT-porten bruges til at vende resultatet af portene eller vende den boolske tilstand fra 0 til 1 og fra 1 til 0. Det bruges også med porten "OG" og "ELLER".

Når den bruges i forbindelse med OG- eller "ELLER" -porten, er NOT-porten repræsenteret af en lille cirkel foran begge porte.

Efter brug af IKKE-porten bliver AND-porte NAND, og ​​"ELLER" -porte bliver NOR.

Records

De er en meget vigtig komponent i ALU til at gemme instruktioner, mellemdata, input-operanderne, de operander, der tilføjes, det akkumulerede resultat, der er gemt i en akkumulator og det endelige resultat.

Registre giver meget hurtig adgang til hukommelse sammenlignet med cache, RAM og harddisk. De er indbygget i CPU og er små.

Referencer

1. Paul Zandbergen (2019). Aritmetisk logik-enhed (ALU): Definition, Design & Funktion. Undersøgelse. Taget fra: study.com.
2. Techopedia (2019). Aritmetisk logik-enhed (ALU). Taget fra: ceilingpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetisk-logisk enhed (ALU). TechTarget. Taget fra: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Hvad er aritmetisk logik-enhed (ALU)? - Definition og betydning. Elektroniske bemærkninger. Taget fra: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, gratis encyklopædi (2019). Aritmetisk logik enhed. Taget fra: en.wikipedia.org.