Aritmetická logika (ALU) - co to je?

Jak víte, počítačový procesor se skládá ze čtyř základních komponent: aritmetické logické jednotky, I / O modulu a paměťových a řídicích jednotek. Tato architektura byla definována v minulém století a navzdory tomu, že uplynula spousta času, klasická struktura von Neumann

Co je ALU?

Aritmetické logické zařízení je jednou ze součástí procesoru, která je nezbytná k provádění logických a aritmetických typů transformací, počínaje od elementárních a končících složitými výrazy. Velikost bitů použitých operandů se obvykle považuje za délku slova nebo velikost.

Hlavním úkolem ALU je zpracovávat data uložená v RAM počítače. Kromě toho je aritmetická logická jednotka schopna vytvářet řídicí signály, které řídí počítač tak, aby zvolil správnou cestu pro provedení nezbytného výpočetního procesu v závislosti na konečných datových typech. Všechny operace zahrnují elektronické obvody, z nichž každá je strukturálně rozdělena na tisíce prvků. Takové desky jsou obvykle vysokorychlostní a velmi husté.

V závislosti na signálech, které jsou zadávány, provádí ALU různé typy operací s dvěma čísly. Jakékoli aritmetické-logické počítačového zařízení zajišťuje realizaci čtyř základních akcí, posunů a logických transformací. Soubor operací ALU je jeho hlavní charakteristikou.

Součásti aritmeticko-logického zařízení jsou čtyři hlavní skupiny uzlů, které odpovídají procesům řízení, přenosu, ukládání a přeměně příchozích dat.

Jednotky ALU

Tato kategorie zahrnuje:

• Spouští ukládání pomocných bitů a různé známky výsledků;
• Registry odpovědné za integritu operandů, průběžné a konečné výsledky.

Někdy mohou být registry aritmeticko-logického zařízení kombinovány do specializovaného paměťového bloku a spouštějí - tvoří jeden registr stavu.

Převodové uzly ALU

Tato kategorie zahrnuje:

• autobusy spojující bloky zařízení mezi sebou;
• Multiplexery a ventily odpovědné za výběr správného směru provozu.

Konverzní uzly ALU

Patří sem:

• léta, která provádí mikrooperace;
• logické schémata provádění;
• posunovače;
• korektory pro desetinnou aritmetiku;
• kódové konvertory používané k získání inverzních nebo dodatečných dat;
• počítadla pro počítání počtu dokončených cyklů a pro provádění pomocných transformací.

Řídicí uzly ALU

Tato kategorie objektů zahrnuje:

• řídicí jednotka;
• dekodér signálu;
• logické převodní schémata potřebné k vytvoření větví pro provádění firmwaru.

Akce řídicí jednotky procesoru

Tato jednotka je zodpovědná za generování posloupnosti funkčních signálů nezbytných pro správné provedení zadaného příkazu. Taková transformace jsou zpravidla realizována pro několik cyklů.

Řídicí zařízení poskytuje automatické spuštění programu. Současně se jedná o nezbytné koordinované větve dalších součástí stroje.

Základní princip mikroprogramování, který má jasný počet charakteristik, je zodpovědný za provoz řídicího zařízení.

Klasifikace ALU

Aritmetická logická zařízení způsobená provozními proměnnými jsou rozdělena na paralelní a sekvenční. Hlavní rozdíl mezi těmito ALU spočívá ve způsobu reprezentace operandů a operacích.

Podle povahy použití aritmetické logiky jsou zařízení rozdělena na multifunkční a blokové. V ALU prvního typu se používají stejné schémata pro provádění operací s různými formami zastupování čísel, které se přizpůsobují požadovanému režimu práce s daty. V blokových zařízeních jsou všechny operace prováděny distribucí podle datových typů. Pro operace s desítkovými čísly, číselnými a abecedními poli, čísly s pohyblivým nebo pevným bodem se používají různé schémata. Aritmetické logické zařízení současně pracuje mnohem rychleji díky paralelnímu výkonu daných úkolů. Ale mají také nevýhodu - zvýšené náklady na podporu zařízení.

Aritmeticko-logické zařízení lze použít pro:

• desítková čísla;
• čísla s plovoucím bodem;
• čísla s pevným bodem.

Operace zařízení

Struktura ALU předpokládá provádění akcí pomocí logických funkcí, které jsou rozděleny do těchto skupin:

• desetinná aritmetika;
• binární aritmetika čísel s jasně označeným bodem;
• hexadecimální aritmetika pro výrazy s plovoucím oddělovačem;
• úprava adres příkazů;
• operace logického typu;
• transformace alfanumerických polí;
• speciální aritmetika.

Moderní elektronických počítačů může implementovat všechny výše uvedené typy činností a mikropočítače nemají takovou základní funkcionalitu, takže nejsložitější postupy jsou prováděny prostřednictvím připojení malých podprogramů.

Aritmetické operace a logické postupy

Všechny akce ALU lze rozdělit do několika skupin.

Aritmetické operace zahrnují dělení, násobení, odčítání modulů, normální odečítání a přidávání.

Ke skupině logických transformací jsou zahrnuty logické "a" a "nebo", tj. Spojení a disjunkce, stejně jako porovnání dat s rovností. Takové postupy se zpravidla provádějí na binárních slovech sestávajících z množiny bitů.

Zvláštní aritmetické operace zahrnují normalizaci, logické a aritmetické posuny. Mezi těmito transformacemi je významný rozdíl. Pokud se v aritmetickém posunu změní pouze digitální číslice na místě, pak na logickém znaménku je číslice připojena k pohybu.

Každá operace, k níž dochází pomocí aritmeticko-logického zařízení, může být nazývána sekvencí funkcí logického typu, které jsou popsány vícestupňovou logikou pro elektronické počítače. Například binární počítače používají binární logiku a tak dále až po desetinný systém.

Absolutně všechny aritmeticko-logické transformace mají své vlastní operandy a výsledky na výstupu jsou považovány za bitové řetězce se šestnácti číslicemi. Jedinými výjimkami jsou primitivy značky divize DIVS. Různé příznaky umožňují zpracovávat data na výstupu jako číslice s znaménkem mínus nebo plus pro přetečení. Logika bitové konverze je založena na modulo aritmetice. Příznak se umístí, pokud dojde k nepředvídatelným změnám se znaménkem. Například přidáním dvou pozitivních čísel byste měli dostat výsledek znaménkem "+". Pokud se však vyskytuje přenos v bitovém znaku, který nastavuje jednotku a výsledek je záporný, je nastaven příznak přetečení.

Logika přenosových bitů je založena na nepodepsané aritmetice. Tento příznak je nastaven systémem, pokud generovaný přenos z nejvyššího bitu nemůže být zapsán jako výsledek. Tento bit ALU je velmi účinný při použití transformací s podrobnými reprezentacemi.

Závěr

Aritmetické logické zařízení se používá k provádění logických a aritmetických transformací nad potřebnými operandy, v nichž se často objevují příkazy rolí nebo kódy čísel. Po dokončení akce se výsledek vrací do paměti pro použití v následujících výpočtech.