Шта је аритметичка логичка јединица (АЛУ)

Шта је АЛУ? Аритметичка логичка јединица, једна од компоненти процесора. У чланку вас позивамо да научите принципе његовог рада, историју стварања, главне карактеристике, извршене операције, постојеће АЛУ класификације.

Дефиниција концепта

Аритметичка логичка јединица је једна од процесорских јединица које контролише ЦУ (контролна јединица). Његова сврха је да изврши логичке и аритметичке трансформације на операндима података (оперативни аргументи, информације обрађене програмом). Ширина бита операнда у овом случају је величина или дужина речи машине.

Модерна мултифункционална АЛУ данас се састоји од два дела:

• Оперативни уређај
• Контролни уређај. Проводи секундарну дешифрирање кодова наредби, дефинира операцију која се изводи у аритметичкој логичкој јединици.

Изведен скуп операција

Важно је знати које операције АЛУ мора обавити да би имала функционалну потпуност. По правилу, четири су довољна:

• Позовите меморију уређаја да бисте читали или писали информације.
• Децремент / инцремент.
• Поређење Овде се остварује могућност условне транзиције.
• Зауставите рад уређаја.

Ако се окренемо првим аритметичким логичким уређајима, видећемо да је број операција које су обавили био ограничен на 16. т Модерне АЛУ су способне за стотине! Иначе, број операција данас је најважнија карактеристика ових уређаја.

АЛУ класификација

Запамтимо да је аритметичка логичка јединица контролни уређај и оперативни. Али нису све модерне и историјске АЛУ исте. Затим дајемо најчешће њихову класификацију.

Представљањем информација:

• Флоатинг поинт
• Са фиксном зарезом.

По начину деловања са операндима:

• Параллел. У овом случају, операције на свим битовима обављају АЛУ истовремено.
• Цонсецутиве. У овом случају, операције ће се извршити редом, редом преко сваке од цифара.
• Паралелно-секвенцијално. Ријеч података овдје је подијељена на слогове. Обрада информација у таквој АЛУ (аритметичка логичка јединица) проводи се паралелно преко словних знаменки и сукцесивно преко самих слогова.

О коришћењу система нумерисања:

• Бинари.
• Бинари децимал.
• Оцтал.
• Хек и тако даље.

Према карактеристикама употребе чворова и елемената:

• Блоцки. Да би се извршиле појединачне аритметичке операције, у систем аритметичке логичке јединице процесора уводе се специјални блокови. Ово вам омогућава да вршите паралелну обраду информација.
• Цонвеиор белт Која је разлика између овог типа АЛУ? Свака операција ће бити подељена у низ микро-операција. Они се изводе за одређене мјере (једнаке временске интервале) на различитим нивоима таквог транспортера. Операција на току операнада се тако изводи сваки сатни циклус.
• Мултифунцтионал. То су универзални АЛУ који су способни за обављање многих операција у једном уређају. Међутим, потребно је подешавање да би се извршила одређена операција користећи њен код.

Према временским карактеристикама:

• Синхроно. У таквим рачунарским аритметичким логичким јединицама, свака операција ће се извршити у једном такту.
• Асинхроно. Односно, АЛУ без разарања. Обезбедити висок степен брзине, као што се изводи на комбинационим колима.

Према карактеристикама контролног уређаја:

• Имате контролу фирмвера.
• Са уским логиком ЦУ.

Главне функције

Аритметичка логичка јединица је интегрални део процесора рачунара. АЛУ ће обављати следеће функције:

• Бинарна аритметика за информације у форматима фиксне тачке.
• Бинарна аритметика за информације у форматима с помичним зарезом.
• Бинарна децимална аритметика.
• Логичке операције (аритметичке и логичке смене).
• Информације о пошиљци.
• Радите са подацима о знаковима.
• Рад са графичким информацијама.

Главне квантитативне карактеристике

Компоненте аритметичке логичке јединице (ОУ и УУ) одређују квантитативне карактеристике читавог АЛУ система. Ово је посебно:

• Време извршавања једне операције.
• Брзина операција уопште.
• Број извршених операција.
• Тачност достављених информација.

Главне карактеристике квалитета

Аритметичка логичка јединица (АЛУ) је интегрални део процесора. То одређује његове најважније квалитативне карактеристике:

• Структурне карактеристике АЛУ система.
• Технике кодирања података
• Формати за приказивање информација - са плутајућом или фиксном тачком.

Хистори оф

Творац аритметичких логичких уређаја сматра се Јохн вон Неуманн, девелопером ЕНИАЦ рачунара (електронски нумерички солвер).

Већ 1945. објавио је прве научне радове о свом почетном проналаску - компјутерском ЕДВАЦ-у. Следеће године, он је већ радио са својим колегама на креирању таквог уређаја на Институту за напредна истраживања Принцетон.

Архитектура овог изума ("вон Неуманн архитектура") касније је постала база, прототип архитектуре и већина наредних рачунара. У својим радовима, научник је истакао присуство уређаја који су, по његовом мишљењу, обавезни за сваки рачунар. Међу њима је споменута АЛУ. Вон Нојман је веровао да је неопходан аритметички логички уређај, јер је омогућио систему да изведе математичке основне операције. Овако: збрајање и одузимање, множење и дељење.

Интерни уређај АЛУ

Већ смо издвојили да се условно АЛУ може поделити на два дела:

• ЦУ (фирмваре уређај). Одређује низ команди и микроинструкција.
• ОУ. Овде је имплементирана претходно дефинисана секвенца команди и микроинструкција. Оперативни уређаји су, заузврат, подељени према врсти информација које се обрађују, начину обраде података и логичкој структури.

Иако је условно, састав АЛУ такође подложан следећим градацијама:

• Регистри. Користе се за обраду података који долазе из пасивне и РАМ меморије.
• Логиц цомманд. Користе се за обраду речи микроинструкцијом. Потоњи ће, наравно, доћи из УУ - управљачког уређаја.

Сами микро команде су подељене у две категорије:

• Они долазе из вањског извора у АЛУ. Позовите конверзију информација о аритметичкој логици.
• Генерисан у самој АЛУ. Имајте утицај на фирмваре уређај. Тиме се мења нормални, стандардни ред команди.

Функције АЛУ регистра

Да би имали идеју о раду АЛУ, потребно је да боље погледамо функције његових регистара:

• Пр1. Ово је батерија или батерије. Сматра се главним регистром уређаја у којем се формира резултат изведених прорачуна.
• Пр2, Пр3. Регистри опеанди, у зависности од природе операције која се изводи - термина, делиоца, множитеља и тако даље.
• Пр4. Ово је регистар адреса. Она памти (у другим случајевима) адресе операнада резултата.
• Пр6. Неколико индексних регистара. Њихов садржај ће се користити за генерисање адреса.
• Пр7. Помоћни регистри. На захтев девелопера, они могу постати батерије, индекси или чак користити за чување средњих резултата прорачуна.

Сада вам предлажемо да се окренете специфичним алгоритмима рада АЛУ.

Аддитион оператион

Функционално, аритметичка логичка јединица ће се састојати од регистра 1, регистра 2, сабирача и контролног круга.

Сада ћемо написати аритметичку операцију на циклусима:

1. Вредност операнда бр. 1, који учествује у операцији додавања, улази у Регистар 1 преко сабирнице кода.
2. Вредност операнда бр. 2, који учествује у операцији додавања, улази у Регистар 2 преко сабирнице кода.
3. Сходно томе, инструкциона сабирница се шаље контролном кругу преко сабирнице кода за извођење ове операције.
4. Подаци из регистара иду до сабирача. Надаље, контролни круг већ даје наредбу за извршавање додавања.
5. Резултат извршене операције иде у Регистар 1.
6. Резултат операције аритметичке логичке јединице се затим уноси у блок резултата.

Операција одузимања

Погледајмо како изводимо још једну једноставну аритметичку операцију:

1. Вредност операнда бр. 1, који учествује у операцији одузимања, прослеђује се регистру 1 на сабирници кода.
2. Вредност операнда бр. 2, која учествује у операцији одузимања, прослеђује се регистру 2 преко сабирнице кода.
3. Упутства за имплементацију овог алгоритма приказана су на инструкцијама сабирнице кода контролном кругу.
4. Постоји преобликовање позитивног броја у негативну контролну схему.
5. Резултат такве трансформације операнда иде даље у збрајалац.
6. Збрајало врши додавање ових бројева.
7. Резултат операције иде у Регистар 1.
8. Резултат операције одузимања шаље се блоку резултата.

Операције у уређају

И још једна тема за последње. Морамо запамтити да су све операције изведене у АЛУ логичне. Могу се поделити у следеће категорије:

• Индексна аритметика.
• Децимал аритхметиц.
• Специјална аритметика.
• Бинарна аритметика за вредности фиксне тачке.
• Бинарна, хексадецимална аритметика за вриједности с помичним зарезом.
• Преко алфанумеричких поља.
• Овер логицал цодес.
  

Аритметичка логичка јединица - главни дио процесора било којег рачунала. Развио га је средином прошлог века чувени вон Неуманн. Дизајниран је да обавља једноставне аритметичке и логичке операције на рачунару. Данас постоји велики број варијанти АЛУ, као што се може видети из многих представљених класификација ових уређаја.