Co je aritmetická logická jednotka (ALU)

Co je ALU? Aritmetická logická jednotka, jedna ze součástí procesoru. V článku vás zveme, abyste se seznámili s principy jeho fungování, historií tvorby, hlavními charakteristikami, provedenými operacemi, existujícími klasifikacemi ALU.

Definice konceptu

Aritmetická logická jednotka je jednou z procesorových jednotek řízených CU (řídicí jednotkou). Jeho účelem je provádět logické a aritmetické transformace datových operandů (operační argumenty, informace zpracované programem). Šířka bitů operandů je v tomto případě velikost nebo délka slova stroje.

Moderní multifunkční ALU se dnes skládá ze dvou částí:

• Provozní zařízení
• Řídicí zařízení. Provádí sekundární dešifrování příkazových kódů, definuje operaci prováděnou v aritmetické logické jednotce.

Sada provedených operací

Je důležité vědět, jaké operace musí ALU provádět, aby byla funkční úplnost. Obecně platí, že čtyři stačí:

• Vyvolávejte paměť zařízení pro čtení nebo zápis informací.
• Snížení / přírůstek.
• Srovnání Zde je realizována možnost podmíněného přechodu.
• Zastavte provoz zařízení.

Pokud se obrátíme na první aritmetické logické zařízení, uvidíme, že počet operací, které vykonávali, byl omezen na 16. Moderní jednotky ALU dokáží provádět stovky! Mimochodem, počet operací dnes je nejdůležitější vlastností těchto zařízení.

Klasifikace ALU

Vzpomínáme, že aritmetická logická jednotka je řídicí a provozní jednotka. Ale ne všechny moderní a historické ALU jsou stejné. Dále uvádíme nejčastější klasifikaci.

Prezentací informací:

• Plovoucí bod
• S pevnou čárkou.

Mezi způsoby akce s operandy:

• Paralelní. V tomto případě jsou operace na všech bitech prováděny současně ALU.
• Následné. V tomto případě budou operace postupně postupně po každé číslici.
• Paralelně-sekvenční. Datové slovo je zde rozděleno na slabiky. Zpracování informací v této ALU (aritmetické logické jednotce) probíhá paralelně přes číslice slabice a postupně přes samotné slabiky.

Při používání číslovacích systémů:

• Binární.
• Binární desetinná místa.
• Octal.
• Hex a tak dále.

Podle charakteristik použití uzlů a prvků:

• Neobvyklé. Pro provedení jednotlivých aritmetických operací jsou do systému aritmetické logické jednotky procesoru vloženy speciální bloky. Ty umožňují provádět paralelní zpracování informací.
• Dopravníkový pás Jaký je rozdíl mezi tímto typem ALU? Každá operace bude rozdělena do sekvence mikro-operací. Jsou prováděny pro určitá opatření (stejné časové intervaly) na různých úrovních takového dopravníku. Operace na toku operandů se tedy provádí každý hodinový cyklus.
• Multifunkční zařízení. Jedná se o univerzální ALU, které jsou schopny provádět mnoho operací v jednom zařízení. Vyžaduje však úpravu pro provedení určité operace pomocí kódu.

Podle časových charakteristik:

• Synchronní. V takových počítačových aritmetických logických jednotkách bude každá operace provedena v jednom hodinovém cyklu.
• Asynchronní. Odpovídající, nezničitelné ALU. Zajistěte vysoký stupeň rychlosti, jak se provádí na kombinačních obvodech.

Podle vlastností řídícího zařízení:

• S ovládáním firmwaru.
• S přísnou logikou CU.

Hlavní funkce

Aritmetická logická jednotka je nedílnou součástí počítačového procesoru. ALU provede následující funkce:

• Binární aritmetika pro informace ve formátech pevných bodů.
• Binární aritmetika pro informace ve formátech s plovoucí desetinnou čárkou.
• Binární desetinná aritmetika.
• Logické operace (aritmetické a logické posuny).
• Informace o přepravě.
• Práce s daty znaků.
• Práce s grafickými informacemi.

Hlavní kvantitativní charakteristiky

Komponenty aritmetické logické jednotky (OU a UU) určují kvantitativní charakteristiky celého systému ALU. Jedná se zejména o následující:

• Doba provedení jedné operace.
• Rychlost provozu obecně.
• Počet provedených operací.
• Přesnost poskytnutých informací.

Hlavní charakteristiky kvality

Aritmetická logická jednotka (ALU) je nedílnou součástí procesoru. To určuje jeho nejdůležitější kvalitativní charakteristiky:

• Strukturální charakteristiky systému ALU.
• Techniky kódování dat
• Formáty pro prezentaci informací - s plovoucím nebo pevným bodem.

Dějiny

Tvůrcem aritmetických logických zařízení je John von Neumann, vývojář počítačů ENIAC (elektronické numerické řešitele).

Již v roce 1945 publikoval první vědecké články o svém spouštěcím vynálezu, počítači EDVAC. Následující rok již spolupracoval se svými kolegy na vytvoření takového zařízení v Princeton Institute for Advanced Study.

Architektura tohoto vynálezu ("architektura von Neumanna") se později stala základem, prototypem architektur a většinou následných počítačů. Ve svých pracích vědec poukázal na přítomnost zařízení, která jsou podle jeho názoru povinná pro každý počítač. Mezi nimi byla zmíněna ALU. Von Neumann věřil, že aritmetické logické zařízení bylo nutné, protože umožnilo systému provádět matematické základní operace. Stejně jako: sčítání a odčítání, násobení a dělení.

Interní zařízení ALU

Již jsme si vybrali, že ALU lze podmíněně rozdělit na dvě části:

• CU (zařízení firmware). Určuje posloupnost příkazů a mikroinstrukcí.
• OU. Zde je implementována dříve definovaná posloupnost příkazů a mikroinstrukcí. Operační zařízení jsou podle toho rozdělena podle typu zpracovávané informace, metody zpracování dat a logické struktury.

Zatímco podmíněně je složení ALU také předmětem následujících stupňů:

• Registru. Používají se k zpracování dat pocházejících z pasivních i RAM.
• Logické příkazy. Jsou používány pro zpracování slov mikroinstrukcemi. Ta druhá, samozřejmě, pochází z řídicí jednotky UU.

Samotné mikropřipady jsou rozděleny do dvou kategorií:

• Přicházejí z externího zdroje v ALU. Zavolejte konverzi informací o aritmetické logické jednotce.
• Generováno v samotném ALU. Mějte vliv na zařízení firmware. Změna normální, standardní pořadí příkazů.

Funkce registru ALU

Abychom měli představu o práci ALU, musíme se podrobněji podívat na funkce jejích registrů:

• Pr1. Jedná se o baterii nebo baterie. Je považován za hlavní registr zařízení, ve kterém je výsledkem provedených výpočtů.
• Pr2, Pr3. Registry operandů, v závislosti na povaze operace, která má být provedena - termín, dělitel, násobič a tak dále.
• Pr4. Jedná se o rejstřík adres. Pamatuje (v jiných případech formuláře) adresy operandů výsledku.
• Pr6. Několik indexů registrů. Jejich obsah bude použit pro generování adres.
• Pr7. Pomocné registry. Na žádost developera se mohou stát bateriemi, indexovými, nebo dokonce mohou být použity k ukládání průběžných výsledků výpočtu.

Nyní vám doporučujeme obrátit se na konkrétní algoritmy práce ALU.

Doplňková operace

Funkční aritmetická logická jednotka bude sestávat z registru 1, registru 2, sčítačky a řídicího obvodu.

Nyní budeme psát aritmetickou operaci na cyklech:

1. Hodnota operandu č. 1, účastnící se procesu přidávání, vstupuje do registru 1 prostřednictvím kódové sběrnice.
2. Hodnota operandu č. 2, účastnící se operace přidávání, vstupuje do registru 2 přes kódovou sběrnici.
3. Proto je instrukční sběrnice odeslána do řídicího obvodu prostřednictvím kódové sběrnice pro provedení této operace.
4. Údaje z registrů přejdou do sčítačky. Řídicí obvod dále dává povel, aby provedl doplnění.
5. Výsledek provedené operace jde do registru 1.
6. Výsledek operace aritmetické logické jednotky je pak přiveden do výsledného bloku.

Operace odčítání

Podívejme se na provedení další jednoduché aritmetické operace:

1. Hodnota operandu č. 1, která se účastní odečítání, je předána do registru 1 na kódové sběrnici.
2. Hodnota operandu č. 2, která se účastní odečítání, je předána do registru 2 prostřednictvím kódové sběrnice.
3. Pokyny pro implementaci tohoto algoritmu jsou zobrazeny na instrukcích kódové sběrnice řídicímu okruhu.
4. Do schématu negativních kontrol dochází k přeformování pozitivního čísla.
5. Výsledkem takové konverze operandu jde dále do sčítače.
6. Sčítač provádí přidání těchto čísel.
7. Výsledkem operace je registrace 1.
8. Výsledek operace odečítání se odešle do výsledného bloku.

Operace v zařízení

A ještě jedno téma pro poslední. Musíme si pamatovat, že všechny operace prováděné v ALU jsou logické. Mohou být rozděleny do následujících kategorií:

• Indexová aritmetika.
• Desítková aritmetika.
• Speciální aritmetika.
• Binární aritmetika pro hodnoty pevných bodů.
• Binární, hexadecimální aritmetika pro hodnoty s plovoucí desetinnou čárkou.
• Přes alfanumerická pole.
• Přes logické kódy.
  

Aritmetická logika - hlavní část procesoru libovolného počítače. To bylo vyvinuto v polovině minulého století slavným von Neumannem. Je určen k provádění jednoduchých aritmetických a logických operací v počítači. Dnes existuje velké množství odrůd ALU, jak je patrné z mnoha klasifikací prezentovaných pro tato zařízení.