ALU (LOGISK ARITMETISK ENHET): OPERASJONER OG ARKITEKTUR - TEKNOLOGI - 2025

Den ALU (aritmetisk logisk enhet) er en elektronisk krets hvis funksjon er å utføre alle de prosesser som er relatert til fremgangsmåter for logikk og numerisk beregning. Det er oppført som en uunnværlig komponent i den sentrale prosesseringsenheten (CPU) til datamaskiner.

Nyere CPUer inkluderer veldig kraftige og komplekse ALUer. I noen CPU-strukturer er ALU delt inn i en aritmetisk enhet og en logisk enhet. I tillegg til ALU, inkluderer dagens CPUer en kontrollenhet.

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

De fleste operasjonene til en CPU utføres av en eller flere ALUer når data lastes fra inngangsregistre. Et register er et lite ledig sted å lagre som en del av en CPU.

Kontrollenheten forteller ALU hvilken prosedyre som skal kjøres med den informasjonen, og lagrer resultatet i et utgangsregister. Kontrollenheten utfører overføring av informasjon mellom registre, ALU og minne.

Etter hvert som prosedyrene blir mer kompliserte, tar ALU også mer CPU-plass, koster mer og genererer mer varme.

Operasjoner utført av ALU

ALU er først og fremst dedikert til å utføre logiske og matematiske operasjoner, inkludert bitskiftoperasjoner. Dette er grunnleggende prosesser som må utføres på nesten alle dataene som CPU behandler.

Den logiske aritmetiske enheten er den komponenten i CPU-en som utfører alle beregningene som CPU-en kan trenge. Det er den "kalkulerende" delen av datamaskinen, ettersom den utfører grunnleggende aritmetiske og logiske operasjoner.

Mye av prosedyrene er av logisk karakter. I henhold til utformingen av ALU, kan CPU gis mer kraft. Imidlertid vil det også føre til at du bruker mer energi og produserer mer varme.

De forskjellige operasjonene som utføres av ALU kan klassifiseres som følger:

Logiske operasjoner

Her er de forskjellige logiske operasjonene, for eksempel AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.

Aritmetiske operasjoner

Henviser til tillegg og subtraksjon av biter. Selv om multiplikasjon og deling noen ganger brukes, er disse operasjonene dyrere å utføre.

Gjentagende tillegg kan også brukes til å erstatte multiplikasjon og repetitiv subtraksjon for å erstatte divisjon.

Bitskiftoperasjoner

Det refererer til forskyvningen av bitposisjonene på et visst antall steder til høyre eller til venstre, som regnes som en multiplikasjonsoperasjon.

Aritmetisk og logisk enhet

I den aritmetiske enheten utføres multiplikasjon og deling ved en serie addisjons- eller subtraksjonsoperasjoner og ved å forskyve bitene. Det er flere måter å representere negative tall på.

Enhver av 16 mulige logiske operasjoner kan utføres på den logiske stasjonen. For eksempel å kontrastere to operander eller gjenkjenne hvor bitene ikke stemmer.

ALU-arkitektur

ALU har direkte tilgang til både inngang og utgang til prosessoren kontrollenhet, hovedminne og inngangs- og utgangsenheter.

Inngangs- og utgangsdataene overføres gjennom en elektronisk bane kalt en buss. Inngangen tilsvarer en instruksjon, som inkluderer en eller flere operander, en operasjonskode og, i noen tilfeller, en formatkode.

Operasjonskoden viser ALU hvilken handling den skal utføre, i tillegg til operandene som er involvert i den operasjonen. For eksempel kan du instruere de to operandene om å bli trukket fra eller sammenlignet.

Utgangen består av et resultat som vil bli plassert i et lagringsregister og en konfigurasjon som indikerer om operasjonen var vellykket. Hvis ikke, vil en slags tilstand lagres i maskinstatus.

Bitstrømmen og operasjonene som blir utført på dem i ALU-underenhetene styres av portkretser.

I disse kretsløpene er en sekvenslogisk enhet den som leder portene, gjennom en spesifikk sekvens som tilsvarer hver operasjonskode.

Logiske porter

All informasjon på en datamaskin lagres og håndteres i form av binære tall, det vil si 0 og 1. Transistorbrytere brukes til å håndtere binære tall, siden det bare er to mulige tilstander i en bryter: åpen eller lukket.

En åpen transistor, gjennom hvilken ingen strøm passerer, representerer en 0. En lukket transistor, gjennom hvilken strøm går, representerer en 1.

Operasjoner kan utføres ved å koble til flere transistorer. En transistor kan brukes til å drive en andre transistor. For eksempel slås bryteren for en transistor av eller på, avhengig av tilstanden til en andre transistor.

Dette er kjent som en port, fordi dette arrangementet kan brukes til å tillate eller stoppe elektrisk strøm.

Portene er byggesteinene til ALU. De er bygget av dioder, motstander eller transistorer. Disse portene brukes i den integrerte kretsen for å representere en binærinngang som "på" og "av" tilstand.

ALU er konfigurert gjennom en kombinatorisk krets. Denne kretsen bruker logiske porter som AND, OR, NOT for sin konstruksjon.

OG gate

AND-porten har to eller flere innganger. Utgangen til AND-porten er 1 hvis alle inngangene er 1. AND-porten returnerer 0 hvis noen av inngangsdataene er 0.

ELLER port

OR-porten kan ha to eller flere innganger. Utgangen fra OR-porten vil alltid være 1 hvis noen av inngangene er 1 og 0 hvis alle inngangene er 0.

IKKE gate

Den enkleste typen operasjon er en IKKE gate. Den bruker bare en enkelt transistor. Den bruker en enkelt inngang og produserer en enkelt utgang, som alltid er det motsatte av inngangen.

IKKE-porten brukes til å reversere resultatet av portene eller snu den boolske tilstanden fra 0 til 1 og fra 1 til 0. Den brukes også med porten "OG" og "ELLER".

Når den brukes i forbindelse med OG- eller "ELLER" -porten, er IKKE-porten representert av en liten sirkel foran begge portene.

Etter å ha brukt IKKE-porten, blir AND-portene NAND og "OR" -portene blir NOR.

Records

De er en veldig viktig komponent i ALU for å lagre instruksjoner, mellomliggende data, inngangsoperandene, operandene som legges til, det akkumulerte resultatet, som er lagret i en akkumulator, og det endelige resultatet.

Registrer gir veldig rask tilgang til minne, sammenlignet med cache, RAM og harddisk. De er innebygd i CPU og er små.

referanser

1. Paul Zandbergen (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU): Definisjon, design og funksjon. Studere. Hentet fra: study.com.
2. Techopedia (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU). Hentet fra: ceilingpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetisk-logisk enhet (ALU). Techtarget. Hentet fra: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Hva er aritmetisk logisk enhet (ALU)? - Definisjon og mening. E-datamaskinnotater. Hentet fra: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, gratis leksikon (2019). Aritmetisk logikkenhet. Hentet fra: en.wikipedia.org.