ALU (ЛОГИЧЕСКА АРИТМЕТИЧНА ЕДИНИЦА): ОПЕРАЦИИ И АРХИТЕКТУРА - ТЕХНОЛОГИЯ - 2025

Най- ALU (аритметика Logical Unit) е електронна схема, чиято функция е да изпълнява всички процеси, свързани с процедурите на логика и числен изчисление. Той е посочен като незаменим компонент на централния процесор (CPU) на компютрите.

Последните процесори включват много мощни и сложни ALU. В някои структури на процесора ALU е разделен на аритметична единица и логическа единица. В допълнение към ALU, днешните процесори включват контролно устройство.

Източник: CC BY-SA 3.0, Повечето операции на процесор се извършват от един или повече ALU, когато данните се зареждат от входните регистри. Регистърът е малко свободно място за съхранение като част от процесора.

Контролният блок казва на ALU каква процедура да се изпълни с тази информация и записва резултата в изходен регистър. Контролният блок осъществява прехвърлянето на информация между регистрите, ALU и паметта.

Тъй като процедурите стават по-сложни, ALU също ще заеме повече пространство на процесора, ще струва повече и ще генерира повече топлина.

Операции, извършвани от АЛУ

ALU е посветен главно на извършване на логически и математически операции, включително операции с изместване на бита. Това са основни процеси, които трябва да се изпълняват върху почти всички данни, които процесорът обработва.

Логичната аритметична единица е онзи компонент на процесора, който извършва всички изчисления, от които може да се нуждае процесорът. Това е „изчисляващата“ част на компютъра, тъй като той изпълнява основни аритметични и логически операции.

Голяма част от процедурите имат логичен характер. Според дизайна на ALU, на процесора може да се даде повече мощност. Това обаче ще ви накара да използвате повече енергия и да произвеждате повече топлина.

Различните операции, извършвани от АЛУ, могат да бъдат класифицирани, както следва:

Логически операции

Ето различните логически операции като AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND и т.н.

Аритметични операции

Отнася се за събиране и изваждане на битове. Въпреки че понякога се използват умножение и деление, тези операции са по-скъпи за изпълнение.

Повтарящото се добавяне може също да се използва за заместване на умножението и повтарящото се изваждане, за да замести делението.

Операции за смяна на бита

Той се отнася до изместване на позициите на бита на определен брой места вдясно или вляво, което се счита за операция за умножение.

Аритметична и логическа единица

В аритметичната единица умножението и делението се извършват чрез поредица от операции на събиране или изваждане и чрез изместване на битовете. Има няколко начина за представяне на отрицателни числа.

Всяка от 16 възможни логически операции може да се извърши на логическото устройство. Например, контрастиране на два операнда или разпознаване на местата, където битовете не съвпадат.

ALU архитектура

ALU може директно да осъществява достъп до вход и изход до контролния блок на процесора, основната памет и устройствата за вход и изход.

Входните и изходните данни се предават по електронен път, наречен шина. Входът отговаря на инструкция, която включва един или повече операнди, операционен код и в някои случаи код на формат.

Кодът на операцията показва ALU какво действие трябва да извърши в допълнение към операндите, участващи в тази операция. Например, можете да инструктирате двата операнда да бъдат извадени или сравнени.

Резултатът се състои от резултат, който ще бъде поставен в регистър на паметта и конфигурация, която ще показва дали операцията е била успешна. Ако не, някакво състояние ще се съхранява в състояние на машината.

Битовият поток и операциите, изпълнявани върху тях в ALU подразделенията, се контролират от вериги на портата.

В тези схеми логическата единица за последователност е тази, която насочва портите, чрез специфична последователност, която съответства на всеки операционен код.

Логически порти

Цялата информация в компютър се съхранява и борави под формата на двоични числа, тоест 0 и 1. Транзисторните превключватели се използват за обработка на двоични числа, тъй като в един превключвател има само две възможни състояния: отворено или затворен.

Отворен транзистор, през който не преминава ток, представлява 0. Затворен транзистор, през който преминава ток, представлява 1.

Операциите могат да бъдат извършени чрез свързване на множество транзистори. Един транзистор може да се използва за задвижване на втори транзистор. Например, превключвателят за един транзистор се включва или изключва в зависимост от състоянието на втори транзистор.

Това е известно като порта, тъй като тази подредба може да се използва за разрешаване или спиране на електрически ток.

Портите са градивните елементи на АЛУ. Те са изградени от диоди, резистори или транзистори. Тези порти се използват в интегралната схема, за да представят двоичен вход като състояние "включено" и "изключено".

ALU е конфигуриран чрез комбинаторна схема. Тази схема използва логически порти като ИЛИ, ИЛИ, НЕ за своето съответствие.

И порта

Вратата AND има два или повече входа. Изходът на порта И е 1, ако всички входове са 1. Вратата И връща 0, ако някой от входните данни е 0.

ИЛИ порта

ИЛИ портата може да има два или повече входа. Изходът на портата ИЛИ винаги ще бъде 1, ако някой от входовете е 1 и 0, ако всички входове са 0.

НЕ порта

Най-простият тип операция е НЕ порта. Използва само един транзистор. Той използва един вход и произвежда единичен изход, който винаги е обратен на входа.

Вратата NOT се използва за преобръщане на резултата от портите или обръщане на булевото състояние от 0 до 1 и от 1 до 0. Използва се и с портата „И“ и „ИЛИ“.

Когато се използва заедно с портата AND или „ИЛИ“, портата NOT е представена от малък кръг пред двете порти.

След като използвате портата NOT, портите AND стават NAND и портите "OR" стават NOR.

Records

Те са много важен компонент в ALU за съхранение на инструкции, междинни данни, входни операнди, добавени операнди, натрупания резултат, който се съхранява в акумулатор, и крайния резултат.

Регистрите осигуряват много бърз достъп до паметта в сравнение с кеш, RAM и твърд диск. Те са вградени в процесора и са малки.

Препратки

1. Пол Зандберген (2019). Аритметична логическа единица (ALU): Определение, дизайн и функция. Изследване. Взета от: study.com.
2. Техопедия (2019). Аритметична логическа единица (ALU). Взета от: roofpedia.com.
3. Маргарет Руус (2019). Аритметично-логическа единица (ALU). TechTarget. Взета от: whatis.techtarget.com.
4. Динеш Тхакур (2019). Какво е аритметична логическа единица (ALU)? - Определение и значение. Бележки за електронния компютър. Взета от: ecomputernotes.com.
5. Уикипедия, безплатната енциклопедия (2019). Аритметична логическа единица. Взета от: en.wikipedia.org.