Cos'è l'unità logica aritmetica (ALU)

Cos'è l'ALU? Unità logica aritmetica, uno dei componenti del processore. Nell'articolo vi invitiamo ad apprendere i principi del suo funzionamento, la storia della creazione, le caratteristiche principali, le operazioni eseguite, le classificazioni ALU esistenti.

Definizione del concetto

L'unità logica aritmetica è una delle unità processore controllata dalla CU (unità di controllo). Il suo scopo è quello di eseguire trasformazioni logiche e aritmetiche su operandi dati (argomenti operativi, informazioni elaborate dal programma). La larghezza del bit degli operandi in questo caso è la dimensione o la lunghezza della parola macchina.

La moderna ALU multifunzionale è composta da due parti oggi:

• Dispositivo operativo
• Dispositivo di controllo Conduce la decrittografia secondaria dei codici di comando, definisce l'operazione eseguita nell'unità di calcolo aritmetico.

Set di operazioni eseguite

È importante sapere quali operazioni deve eseguire l'ALU per avere la completezza funzionale. Di regola, quattro sono sufficienti:

• Richiama la memoria del dispositivo per leggere o scrivere informazioni.
• Decremento / incremento.
• Confronta. Qui si realizza la possibilità di transizione condizionale.
• Interrompe il funzionamento del dispositivo.

Se passiamo ai primi dispositivi di logica aritmetica, vedremo che il numero di operazioni che eseguono era limitato al sedicesimo. Le ALU moderne sono in grado di eseguire centinaia! A proposito, il numero di operazioni oggi è la caratteristica più importante di questi dispositivi.

Classificazione ALU

Ricordiamo che l'unità logica aritmetica è un dispositivo di controllo e uno operativo. Ma non tutti gli ALU moderni e storici sono uguali. Successivamente diamo la più comune classificazione.

Per presentare le informazioni:

• Virgola mobile
• Con una virgola fissa.

A proposito di azioni con gli operandi:

• Parallelo. In questo caso, le operazioni su tutti i bit vengono eseguite simultaneamente dall'ALU.
• Successivi. In questo caso, le operazioni verranno eseguite a turno, in sequenza su ciascuna delle cifre.
• Parallel-seriale. La parola data qui è divisa in sillabe. L'elaborazione delle informazioni in tale ALU (unità logica aritmetica) viene condotta in parallelo sulle cifre della sillaba e successivamente sulle sillabe stesse.

Sull'uso dei sistemi di numerazione:

• Binary.
• Decimale binario.
• Ottale.
• Hex e così via.

Secondo le caratteristiche dell'uso di nodi ed elementi:

• Block. Per eseguire singole operazioni aritmetiche, vengono introdotti blocchi speciali nel sistema dell'unità logica aritmetica del processore. Questi ultimi consentono di eseguire l'elaborazione parallela delle informazioni.
• Nastro trasportatore Qual è la differenza tra questo tipo di ALU? Qualsiasi operazione verrà suddivisa in una sequenza di micro-operazioni. Vengono eseguite per determinate misure (intervalli di tempo uguali) a diversi livelli di un tale trasportatore. L'operazione sul flusso di operandi viene quindi eseguita ogni ciclo di clock.
• Multifunzione. Queste sono ALU universali in grado di eseguire molte operazioni in un unico dispositivo. Tuttavia, richiede una regolazione per eseguire un'operazione specifica usando il suo codice.

Secondo le caratteristiche del tempo:

• Sincrono. In tali unità logiche aritmetiche, ciascuna operazione verrà eseguita in un ciclo di clock.
• Asincrono. ALU non distruttivo. Fornire un alto grado di velocità, come eseguito su circuiti combinatori.

Secondo le caratteristiche del dispositivo di controllo:

• Avere un controllo del firmware.
• Con logica stretta CU.

Funzioni principali

L'unità logica aritmetica è parte integrante del processore del computer. ALU eseguirà le seguenti funzioni:

• Aritmetica binaria per informazioni in formati a virgola fissa.
• Aritmetica binaria per informazioni nei formati a virgola mobile.
• Aritmetica decimale binaria.
• Operazioni logiche (spostamenti aritmetici e logici).
• Informazioni sulla spedizione
• Lavora con i dati dei personaggi.
• Lavora con le informazioni grafiche.

Principali caratteristiche quantitative

I componenti di un'unità logica aritmetica (UO e UU) determinano le caratteristiche quantitative dell'intero sistema ALU. In particolare, questo è il seguente:

• Il tempo di esecuzione di un'operazione.
• La velocità delle operazioni in generale.
• Il numero di operazioni eseguite.
• Precisione delle informazioni fornite.

Principali caratteristiche di qualità

L'unità logica aritmetica (ALU) è parte integrante del processore. Questo determina le sue caratteristiche qualitative più importanti:

• Caratteristiche strutturali del sistema ALU.
• Tecniche di codifica dei dati
• Formati per la presentazione di informazioni - con un punto fisso o mobile.

Storia di

Il creatore di dispositivi logici aritmetici è considerato John von Neumann, lo sviluppatore di computer ENIAC (risolutori numerici elettronici).

Già nel 1945 pubblicò i primi documenti scientifici sulla sua invenzione di lancio, il computer EDVAC. L'anno seguente, ha già lavorato con i suoi colleghi sulla creazione di un dispositivo del genere al Princeton Institute for Advanced Study.

L'architettura di questa invenzione ("architettura von Neumann") divenne in seguito la base, il prototipo delle architetture e la maggior parte dei computer successivi. Nelle sue opere, lo scienziato ha sottolineato la presenza di dispositivi che, a suo parere, sono obbligatori per ogni computer. Tra loro è stato menzionato ALU. Von Neumann riteneva che un dispositivo logico aritmetico fosse necessario perché consente al sistema di eseguire operazioni matematiche di base. Così: addizione e sottrazione, moltiplicazione e divisione.

ALU dispositivo interno

Abbiamo già risolto che condizionalmente l'ALU può essere diviso in due parti:

• CU (dispositivo firmware). Specifica una sequenza di comandi e microistruzioni.
• Op. Qui viene implementata la sequenza precedentemente definita di comandi e microistruzioni. I dispositivi operativi, a loro volta, sono suddivisi in base al tipo di informazioni che vengono elaborate, al metodo di elaborazione dei dati e alla struttura logica.

Mentre condizionalmente, la composizione dell'ALU è anche soggetta alle seguenti gradazioni:

• Registri. Sono utilizzati per elaborare i dati provenienti sia da quelli passivi che da quelli RAM.
• Comandi logici Sono usati per elaborare le parole da microistruzioni. Quest'ultimo, ovviamente, verrà dal dispositivo di controllo UU.

I microcomandi stessi sono divisi in due categorie:

• Provengono da una fonte esterna nell'ALU. Chiamare la conversione delle informazioni della unità logica aritmetica.
• Generato nella stessa ALU. Ha un impatto sul dispositivo del firmware. In tal modo cambiare il normale, ordine standard di comandi.

Funzioni del registro ALU

Per avere un'idea del lavoro dell'ALU, dobbiamo dare un'occhiata più da vicino alle funzioni dei suoi registri:

• Pr1. Questa è una batteria o batterie. È considerato il registro principale del dispositivo in cui è formato il risultato dei calcoli eseguiti.
• Pr2, Pr3. Registri di operandi, a seconda della natura dell'operazione da eseguire: termine, divisore, moltiplicatore e così via.
• Pr4. Questo è un registro di indirizzi. Ricorda (in altri casi le forme) gli indirizzi degli operandi del risultato.
• PR6. Un certo numero di registri indice. I loro contenuti saranno utilizzati per generare indirizzi.
• PR7. Registri ausiliari. Su richiesta dello sviluppatore, possono diventare batterie, indicizzare o persino essere utilizzate per salvare i risultati intermedi di un calcolo.

Ora ti suggeriamo di passare a specifici algoritmi di lavoro ALU.

Operazione di aggiunta

Funzionalmente, l'unità logica aritmetica sarà costituita dal Registro 1, dal Registro 2, da un sommatore e da un circuito di controllo.

Ora scriveremo l'operazione aritmetica sui cicli:

1. Il valore dell'operando N. 1, che partecipa all'operazione di aggiunta, entra nel Registro 1 tramite il bus codice.
2. Il valore dell'operando n. 2, che partecipa all'operazione di aggiunta, entra nel registro 2 tramite un bus di codice.
3. Di conseguenza, il bus di istruzioni viene inviato al circuito di controllo attraverso il bus di codice per eseguire questa operazione.
4. I dati dei registri vanno al sommatore. Inoltre, il circuito di controllo fornisce già il comando per eseguire l'aggiunta.
5. Il risultato dell'operazione eseguita va al Registro 1.
6. Il risultato del funzionamento dell'unità logica aritmetica viene quindi inviato al blocco dei risultati.

Operazione di sottrazione

Diamo un'occhiata a eseguire un'altra semplice operazione aritmetica:

1. Il valore dell'operando No. 1, che partecipa all'operazione di sottrazione, viene passato al Registro 1 sul bus codice.
2. Il valore dell'operando No. 2, che partecipa all'operazione di sottrazione, viene passato al Registro 2 tramite un bus di codice.
3. Le istruzioni per l'implementazione di questo algoritmo sono visualizzate sulle istruzioni del bus del codice sul circuito di controllo.
4. C'è una riformazione di un numero positivo in uno schema di controllo negativo.
5. Il risultato di una tale trasformazione dell'operando va oltre nel sommatore.
6. Il sommatore esegue l'aggiunta di questi numeri.
7. Il risultato dell'operazione va al Registro 1.
8. Il risultato dell'operazione di sottrazione viene inviato al blocco dei risultati.

Operazioni nel dispositivo

E un altro argomento per ultimo. Dobbiamo ricordare che tutte le operazioni eseguite nell'ALU sono logiche. Possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:

• Indice aritmetico.
• Aritmetica decimale.
• Aritmetica speciale.
• Aritmetica binaria per valori a virgola fissa.
• Aritmetica binaria esadecimale per valori a virgola mobile.
• Su campi alfanumerici.
• Oltre i codici logici.
  

Unità logica aritmetica - la parte principale del processore di qualsiasi computer. È stato sviluppato a metà del secolo scorso dal famoso von Neumann. È progettato per eseguire semplici operazioni aritmetiche e logiche in un computer. Oggi ci sono un gran numero di varietà di ALU, come si può vedere dalle molte classificazioni presentate per questi dispositivi.