Što je aritmetička logička jedinica (ALU)

Što je ALU? Aritmetička logička jedinica, jedna od komponenti procesora. U članku vas pozivamo da naučite principe njegovog rada, povijest stvaranja, glavne karakteristike, izvedene operacije, postojeće ALU klasifikacije.

Definicija pojma

Aritmetička logička jedinica je jedna od procesorskih jedinica koju kontrolira CU (kontrolna jedinica). Njegova je svrha izvođenje logičkih i aritmetičkih transformacija na operandima podataka (operacijski argumenti, informacije obrađene programom). Širina bita operanda u ovom slučaju je veličina ili duljina strojne riječi.

Moderna višenamjenska ALU danas se sastoji od dva dijela:

• Upravljački uređaj
• Upravljački uređaj. Provodi sekundarno dešifriranje kodova naredbe, definira operaciju koja se izvodi u aritmetičkoj logičkoj jedinici.

Izveden skup operacija

Važno je znati koje operacije ALU mora obaviti da bi imala funkcionalnu cjelovitost. U pravilu je dovoljno četiri:

• Pozivanje u memoriju uređaja za čitanje ili pisanje podataka.
• Smanjenje / povećanje.
• Usporediti. Ovdje se ostvaruje mogućnost uvjetnog prijelaza.
• Zaustavite rad uređaja.

Ako se okrenemo prvim aritmetičkim logičkim uređajima, vidjet ćemo da je broj operacija koje su obavili bio ograničen na 16. mjesto. Suvremene ALU sposobne su obavljati stotine! Usput, broj operacija danas je najvažnija karakteristika tih uređaja.

ALU klasifikacija

Zapamtimo da je aritmetička logička jedinica upravljački uređaj i operativni. Ali nisu sve moderne i povijesne ALU iste. Slijedi najčešća njihova klasifikacija.

Predstavljanjem informacija:

• Plutajuća točka
• S fiksnom zarezom.

Po načinu djelovanja s operandima:

• Paralelne. U tom slučaju ALU istovremeno obavlja operacije na svim bitovima.
• Uzastopni. U tom slučaju, operacije će se izvršiti redom, uzastopce nad svakom od znamenki.
• Paralelno-serijski. Podatkovna riječ ovdje je podijeljena na slogove. Obrada informacija u takvoj ALU (aritmetička logička jedinica) provodi se paralelno preko slovnih znamenki i sukcesivno nad samim slogom.

O uporabi sustava numeriranja:

• Binarni.
• Binarna decimalna znamenka.
• Oktalni.
• Hex i tako dalje.

Prema značajkama korištenja čvorova i elemenata:

• Blok. Za izvođenje pojedinačnih aritmetičkih operacija u sustav aritmetičke logičke jedinice procesora uvode se posebni blokovi. Potonji omogućuju paralelnu obradu informacija.
• Transportna traka Koja je razlika između ove vrste ALU? Svaka operacija bit će podijeljena u niz mikro-operacija. Izvode se za određene mjere (jednake vremenske intervale) na različitim razinama takvog transportera. Operacija na tijeku operanada se tako izvodi svaki satni ciklus.
• Višenamjenski. To su univerzalni ALU koji su sposobni izvesti mnoge operacije u jednom uređaju. Međutim, potrebno je izvršiti određenu operaciju pomoću njenog koda.

Prema vremenskim karakteristikama:

• Sinkroni. U takvim računalnim aritmetičkim logičkim jedinicama svaka operacija će se izvršiti u jednom taktu.
• Asinkroni. Odnosno, ALU bez razaranja. Osigurati visoki stupanj brzine, kao što se izvodi na kombinacijskim krugovima.

Prema značajkama upravljačkog uređaja:

• S kontrolom firmvera.
• Uz usku logiku CU.

Glavne funkcije

Aritmetička logička jedinica je sastavni dio procesora računala. ALU će obavljati sljedeće funkcije:

• Binarna aritmetika za informacije u formatima fiksne točke.
• Binarna aritmetika za informacije u formatima s pomičnim zarezom.
• Binarna decimalna aritmetika.
• Logičke operacije (aritmetički i logički pomaci).
• Informacije o pošiljci.
• Rad s podacima znakova.
• Rad s grafičkim informacijama.

Glavna kvantitativna obilježja

Komponente aritmetičke logičke jedinice (OU i UU) određuju kvantitativna svojstva cijelog ALU sustava. To je posebno sljedeće:

• Vrijeme izvršenja jedne operacije.
• Brzina operacija općenito.
• Broj izvršenih operacija.
• Točnost dostavljenih informacija.

Glavne značajke kvalitete

Aritmetička logička jedinica (ALU) je sastavni dio procesora. To određuje njegove najvažnije kvalitativne karakteristike:

• Strukturne značajke sustava ALU.
• Tehnike kodiranja podataka
• Formati za prikazivanje informacija - s plutajućom ili fiksnom točkom.

Povijest

Tvorac aritmetičkih logičkih uređaja smatra se John von Neumann, koji razvija ENIAC računala (elektronički numerički solver).

Već 1945. objavio je prve znanstvene radove o svom početnom izumu - računalnom EDVAC-u. Sljedeće godine s kolegama je već radio na stvaranju takvog uređaja na Institutu za napredna istraživanja Princeton.

Arhitektura ovog izuma ("von Neumannova arhitektura") kasnije je postala baza, prototip arhitekture i većina sljedećih računala. U svojim radovima, znanstvenik je istaknuo prisutnost uređaja koji su, prema njegovom mišljenju, obvezni za svako računalo. Među njima je spomenuta ALU. Von Neumann je vjerovao da je aritmetička logika nužna jer je omogućila sustavu da izvodi matematičke osnovne operacije. Ovako: zbrajanje i oduzimanje, množenje i dijeljenje.

Unutarnji uređaj ALU

Već smo izdvojili da se uvjetno ALU može podijeliti na dva dijela:

• CU (firmware uređaj). Određuje slijed naredbi i mikrostruktura.
• Op. Ovdje se provodi prethodno definirani slijed naredbi i mikrostruktura. Operativni uređaji, pak, podijeljeni su prema vrsti informacija koje se obrađuju, načinu obrade podataka i logičkoj strukturi.

Iako je uvjetno, sastav ALU također podložan sljedećim stupnjevima:

• Registara. Koriste se za obradu podataka koji dolaze iz pasivnog i RAM-a.
• Logičke naredbe. Koriste se za obradu riječi pomoću mikrostruktura. Potonji će, naravno, doći iz UU - upravljačkog uređaja.

Sami mikroobavezi su podijeljeni u dvije kategorije:

• Oni dolaze iz vanjskog izvora u ALU. Nazovite u pretvorbi podataka o aritmetičkoj logici.
• Generirana u samoj ALU. Utjecaj na uređaj firmware-a. Time se mijenja normalni, standardni poredak naredbi.

Funkcije ALU registra

Da bismo imali ideju o radu ALU, moramo bolje pogledati funkcije njegovih registara:

• PR1. Ovo je baterija ili baterije. Smatra se glavnim registrom uređaja u kojem se formira rezultat izvedenih izračuna.
• Pr2, Pr3. Registri operanada, ovisno o prirodi operacije koja se izvodi - pojam, djelitelj, množitelj i tako dalje.
• PR4. Ovo je registar adresa. Ona pamti (u drugim slučajevima obrasce) adrese operanada rezultata.
• PR6. Nekoliko indeksnih registara. Njihov će se sadržaj koristiti za generiranje adresa.
• PR7. Pomoćni registri. Na zahtjev razvojnog inženjera, oni mogu postati baterije, indeksirati ili čak koristiti za spremanje međuproizvoda izračuna.

Sada vam predlažemo da se obratite specifičnim algoritmima rada ALU.

Dodavanje operacije

Funkcionalno, aritmetička logička jedinica sastojat će se od Registra 1, Registra 2, zbrajala i upravljačkog kruga.

Sada ćemo ispisati aritmetičku operaciju na ciklusima:

1. Vrijednost operanda br. 1, koji sudjeluje u operaciji dodavanja, ulazi u registar 1 preko sabirnice koda.
2. Vrijednost operanda br. 2, koji sudjeluje u operaciji dodavanja, ulazi u Registar 2 preko sabirnice koda.
3. U skladu s tim, instrukcijska sabirnica se šalje kontrolnom krugu preko sabirnice koda za izvođenje ove operacije.
4. Podaci iz registara idu do sabirača. Nadalje, kontrolni krug već daje naredbu za izvođenje dodavanja.
5. Rezultat izvršene operacije ide u Registar 1.
6. Rezultat rada aritmetičke logičke jedinice se zatim šalje na blok rezultata.

Operacija oduzimanja

Pogledajmo izvođenje druge jednostavne aritmetičke operacije:

1. Vrijednost operanda br. 1, koji sudjeluje u operaciji oduzimanja, prosljeđuje se registru 1 na kodnoj sabirnici.
2. Vrijednost operanda br. 2, koji sudjeluje u operaciji oduzimanja, prosljeđuje se registru 2 preko sabirnice koda.
3. Upute za implementaciju ovog algoritma prikazane su na instrukcijama sabirnice koda kontrolnom krugu.
4. Postoji preoblikovanje pozitivnog broja u negativnu kontrolnu shemu.
5. Rezultat takve konverzije operanda ide dalje u zbrajalo.
6. Zbrajatelj izvodi dodavanje tih brojeva.
7. Rezultat operacije ide u Registar 1.
8. Rezultat operacije oduzimanja šalje se bloku rezultata.

Operacije u uređaju

I još jedna tema za posljednje. Moramo zapamtiti da su sve operacije izvedene u ALU logične. Mogu se podijeliti u sljedeće kategorije:

• Aritmetika indeksa.
• Decimalna aritmetika.
• Posebna aritmetika.
• Binarna aritmetika za vrijednosti fiksne točke.
• Binarna, heksadecimalna aritmetika za vrijednosti s pomičnim zarezom.
• Preko alfanumeričkih polja.
• Preko logičkih kodova.
  

Aritmetička logička jedinica - glavni dio procesora bilo kojeg računala. Razvio ga je sredinom prošlog stoljeća slavni von Neumann. Osmišljen je za izvođenje jednostavnih aritmetičkih i logičkih operacija u računalu. Danas postoji veliki broj sorti ALU, kao što se može vidjeti iz mnogih prikazanih klasifikacija tih uređaja.