Аритметична логическа единица (ALU) - какво е това?

Както знаете, компютърният процесор се състои от четири основни компонента: аритметична логическа единица, входно / изходен модул, както и памети и устройства за управление. Тази архитектура е определена през миналия век и въпреки факта, че е изминало много време, класическата структура фон Нойман

Какво е ALU?

Аритметично логическо устройство е един от компонентите на процесор, който е необходим за извършване на логически и аритметични трансформации, като се започне от елементарно и завършва със сложни изрази. Размерът на битовете на използваните операнди обикновено се счита за дължината на една дума или размера.

Основната задача на ALU е да обработва данните, съхранявани в оперативната памет на компютъра. В допълнение, аритметичната логическа единица е в състояние да произведе контролни сигнали, които насочват компютъра да избере правилния път за извършване на необходимия изчислителен процес в зависимост от крайните типове данни. Всички операции включват електронни схеми, всеки от които е структурно разделен на хиляди елементи. Тези табла обикновено са с висока скорост и са много плътни.

В зависимост от въведените сигнали, ALU изпълнява различни видове операции с две числа. Всяка аритметично-логическа компютърно устройство предвижда изпълнението на четири основни действия, смени и логически трансформации. Комплектът от операции на ALU е основната му характеристика.

Компонентите на аритметично-логическото устройство са четири основни групи възли, които съответстват на процесите на контрол, предаване, съхранение и трансформиране на входящите данни.

Устройства за съхранение на ALU

Тази категория включва:

• Тригери за съхранение на помощни бита и различни признаци на резултати;
• Регистрите отговарят за целостта на операндите, междинните и окончателните резултати.

Понякога регистрите на аритметично-логическо устройство могат да бъдат комбинирани в специален блок на паметта и да се задействат - да се създаде единствен регистър на държавата.

Предавателни възли ALU

Тази категория включва:

• автобусите свързващи блоковете на устройството помежду си;
• Мултиплексори и клапани, които отговарят за избора на правилната посока на работа.

Конверсионни възли ALU

Те включват:

• лета, които извършват микро-операции;
• схеми за логическо изпълнение;
• превключватели;
• коректори за десетична аритметика;
• кодови преобразуватели, използвани за получаване на обратни или допълнителни данни;
• броячи за отчитане на броя завършени цикли и за осъществяване на спомагателни трансформации.

Контролни възли ALU

Тази категория обекти включва:

• контролния блок;
• сигнален декодер;
• логични схеми за преобразуване, необходими за формиране на клонове за изпълнение на фърмуера.

Действие на контролния блок на процесора

Това устройство е отговорно за генерирането на поредица от функционални сигнали, необходими за правилното изпълнение на зададената команда. По принцип такива трансформации се реализират за няколко цикъла.

Управляващото устройство осигурява автоматично изпълнение на програмата. В същото време се включват необходимите координирани клонове на други компоненти на машината.

Основният принцип на микропрограмирането, който има ясен брой характеристики, е отговорен за работата на устройството за управление.

Класификация на ALU

Аритметичните логически устройства чрез начина на работа на променливите са разделени на паралелни и последователни такива. Основната разлика между тези ALU е в начина, по който се представят операндите и се изпълняват операциите.

Поради естеството на употребата аритметичната логика устройствата са разделени на многофункционални и блокове. В ALU от първия тип същите схеми се използват за извършване на операции с различни форми на представяне на номера, които се адаптират към желания режим на работа с данни. При блоковите устройства всички операции се извършват чрез разпределение по типове данни. За операции с десетични номера, цифрови и азбучни полета, цифри с плаваща или фиксирана точка се използват различни схеми. В същото време аритметичното логическо устройство работи много по-бързо поради паралелното изпълнение на задачите. Но те също имат недостатък - увеличаване на разходите за поддръжка на оборудването.

Аритметично-логично устройство може да се използва за:

• десетични номера;
• числа с плаваща точка;
• номера с фиксирана точка.

Управление на устройства

Структурата на ALU предполага изпълнението на действия чрез логически функции, които са разделени на такива групи:

• десетична аритметика;
• двойна аритметика за числа с ясно маркирана точка;
• шестнадесетична аритметика за изрази с плаващ разделител;
• промяна на командни адреси;
• операции от логически тип;
• преобразуване на буквено-цифрови полета;
• специална аритметика.

модерен електронни компютри могат да внедрят всички горепосочени видове дейност и микрокомпютрите нямат такава функция, така че най-сложните процедури се извършват чрез свързването на малки подпрограми.

Аритметични операции и логически процедури

Всички действия на ALU могат да бъдат разделени на няколко групи.

Аритметичните операции включват разделяне, умножение, изваждане на модули, нормално изваждане и добавяне.

Към групата логически трансформации са включени логическите "и" и "или", т.е. връзката и разединението, както и сравнението на данните с равенството. Такива процедури обикновено се извършват върху двоични думи, състоящи се от множество битове.

Специалните аритметични операции включват нормализиране, логически и аритметични смени. Между тези трансформации има значителна разлика. Ако при аритметична промяна само цифровите цифри се променят на място, тогава при логически знак цифрата се прикрепя към движението.

Всяка операция, която се осъществява чрез използването на аритметично-логическо устройство, може да се нарече последователност от функции от логически тип, които са описани от многобитовата логика за електронни компютри. Например, двоичните компютри използват двоична логика и т.н., до десетична система.

Абсолютно всички аритметично-логически трансформации имат свои собствени операнди, а резултатите от изхода се третират като битове с шестнадесет цифри. Единствените изключения са примитивите на подразделението на DIVS. Различни флагове ви позволяват да обработвате данните на изхода като цифра с знак минус или плюс за преливане. Логиката на преобразуването на битовете е изградена на модулно аритметика. Знакът се поставя, ако се появят непредсказуеми промени със знак. Например, добавяйки две положителни числа, трябва да получите резултата със знак "+". Но ако се получи пренос в бит за знак, който задава единицата и резултатът е отрицателен, тогава се задава флаг за препълване.

Логиката на битовете за прехвърляне се основава на неподписана аритметика. Този флаг се настройва от системата, ако генерираният пренос от най-високия бит не може да бъде записан като резултат. Този бит на ALU е много ефективен при използване на трансформации с по-подробно представяне.

заключение

Аритметичното логическо устройство се използва за извършване на логически и аритметични трансформации над необходимите операнди, в които често се появяват команди на роли или кодови номера. След като приключи действието, резултатът се връща в паметта, за да се използва при следващите изчисления.