ALU (ЛОГИЧЕСКАЯ АРИФМЕТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА): ОПЕРАЦИИ И АРХИТЕКТУРА - ТЕХНОЛОГИЯ - 2026

АЛУ (арифметическое логическое устройство) представляет собой электронную схему, функцией которого является выполнение всех процессов , связанных с процедурами логики и численного расчета. Он указан как незаменимый компонент центрального процессора (ЦП) компьютеров.

Последние ЦП включают очень мощные и сложные ALU. В некоторых структурах ЦП ALU разделен на арифметический блок и логический блок. В дополнение к ALU современные процессоры включают блок управления.

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

Большинство операций ЦП выполняются одним или несколькими ALU, когда данные загружаются из входных регистров. Регистр - это небольшое свободное пространство для хранения как часть ЦП.

Блок управления сообщает ALU, какую процедуру выполнять с этой информацией, и сохраняет результат в выходной регистр. Блок управления осуществляет передачу информации между регистрами, АЛУ и памятью.

По мере того, как процедуры становятся более сложными, ALU также будет занимать больше места в ЦП, стоить больше и выделять больше тепла.

Операции, выполняемые ALU

ALU в первую очередь предназначен для выполнения логических и математических операций, включая операции сдвига битов. Это фундаментальные процессы, которые должны выполняться практически со всеми данными, обрабатываемыми ЦП.

Логическая арифметическая единица - это тот компонент ЦП, который выполняет все вычисления, которые могут потребоваться ЦП. Это «вычислительная» часть компьютера, поскольку она выполняет основные арифметические и логические операции.

Многие процедуры имеют логический характер. Согласно конструкции ALU, ЦП можно дать больше мощности. Однако это также заставит вас использовать больше энергии и выделять больше тепла.

Различные операции, выполняемые ALU, можно классифицировать следующим образом:

Логические операции

Вот различные логические операции, такие как AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND и т. Д.

Арифметические операции

Относится к сложению и вычитанию битов. Хотя иногда используются умножение и деление, выполнение этих операций обходится дороже.

Повторяющееся сложение также может использоваться для замены умножения и повторного вычитания для замены деления.

Битовые операции сдвига

Это относится к смещению битовых позиций на определенное количество мест вправо или влево, что считается операцией умножения.

Арифметико-логический блок

В арифметическом блоке умножение и деление выполняются серией операций сложения или вычитания и сдвигом битов. Есть несколько способов представить отрицательные числа.

На логическом диске можно выполнить любую из 16 возможных логических операций. Например, сопоставление двух операндов или распознавание несовпадений битов.

Архитектура ALU

ALU может напрямую обращаться как к вводу, так и к выводу к блоку управления процессора, основной памяти и устройствам ввода и вывода.

Входные и выходные данные передаются по электронному каналу, называемому шиной. Ввод соответствует инструкции, которая включает в себя один или несколько операндов, код операции и, в некоторых случаях, код формата.

Код операции показывает ALU, какое действие он должен выполнить, в дополнение к операндам, задействованным в этой операции. Например, вы можете дать указание вычесть или сравнить два операнда.

Результат состоит из результата, который будет помещен в регистр хранения, и конфигурации, которая укажет, была ли операция успешной. В противном случае какое-то состояние будет сохранено в состоянии машины.

Битовый поток и операции, выполняемые с ним в подблоках ALU, управляются схемами затвора.

В этих схемах логический блок последовательности - это тот, который управляет воротами через определенную последовательность, которая соответствует каждому коду операции.

Логические ворота

Вся информация в компьютере хранится и обрабатывается в форме двоичных чисел, то есть 0 и 1. Транзисторные переключатели используются для обработки двоичных чисел, так как в переключателе есть только два возможных состояния: разомкнутый или закрыто.

Открытый транзистор, через который не проходит ток, представляет собой 0. Закрытый транзистор, через который проходит ток, представляет собой 1.

Операции можно выполнить, подключив несколько транзисторов. Один транзистор может использоваться для управления вторым транзистором. Например, переключатель одного транзистора включается или выключается в зависимости от состояния второго транзистора.

Это известно как затвор, потому что это устройство может использоваться для пропуска или остановки электрического тока.

Ворота являются строительными блоками ALU. Они построены из диодов, резисторов или транзисторов. Эти вентили используются в интегральной схеме для представления двоичного входа как «включено» и «выключено».

АЛУ сконфигурирован с помощью комбинаторной схемы. Эта схема использует логические элементы, такие как И, ИЛИ, НЕ для своего подтверждения.

И ворота

Логический элемент И имеет два или более входа. Выход логического элемента И равен 1, если все входы равны 1. Логический элемент И возвращает 0, если любой из входных данных равен 0.

ИЛИ ворота

Логический элемент ИЛИ может иметь два или более входа. На выходе логического элемента ИЛИ всегда будет 1, если любой из входов равен 1, и 0, если все входы равны 0.

НЕ ворота

Самый простой тип операции - вентиль НЕ. Он использует только один транзистор. Он использует один вход и производит один выход, который всегда противоположен входу.

Шлюз НЕ используется для изменения результата вентилей или инвертирования логического состояния с 0 на 1 и с 1 на 0. Он также используется с вентилями «И» и «ИЛИ».

При использовании вместе с логическим элементом И или «ИЛИ» вентиль НЕ представлен маленьким кружком перед обоими воротами.

После использования ворот НЕ, ворота И становятся И-НЕ, а ворота «ИЛИ» становятся ИЛИ.

документация

Они являются очень важным компонентом ALU для хранения инструкций, промежуточных данных, входных операндов, добавляемых операндов, накопленного результата, который сохраняется в аккумуляторе, и конечного результата.

Регистры обеспечивают очень быстрый доступ к памяти по сравнению с кешем, оперативной памятью и жестким диском. Они встроены в CPU и имеют небольшие размеры.

Ссылки

1. Пол Зандберген (2019). Арифметико-логический блок (ALU): определение, конструкция и функции. Учиться. Взято с сайта study.com.
2. Техопедия (2019). Арифметико-логический блок (АЛУ). Взято с: потолокpedia.com.
3. Маргарет Роуз (2019). Арифметико-логический блок (АЛУ). Techtarget. Взято с сайта whatis.techtarget.com.
4. Динеш Такур (2019). Что такое арифметико-логическая единица (АЛУ)? - Определение и значение. Электронный компьютер Заметки. Взято с: ecomputernotes.com.
5. Википедия, бесплатная энциклопедия (2019). Арифметико-логическое устройство. Взято с: en.wikipedia.org.