ALU (logische Arithmetikeinheit) Operationen und Architektur

Der Alu (logische arithmetische Einheit) Es ist eine elektronische Schaltung, deren Funktion es ist, alle Prozesse im Zusammenhang mit den Logik- und numerischen Berechnungsverfahren durchzuführen. Abbildung als unverzichtbare Komponente der zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) von Computern.

Die jüngsten CPUs sind Alu sehr mächtig und komplex. In einigen CPU -Strukturen ist Alu in eine arithmetische Einheit und eine logische Einheit unterteilt. Zusätzlich zum ALU enthält aktuelle CPUs eine Steuereinheit.

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Die meisten Operationen einer CPU werden von einem oder mehreren ALU durchgeführt, wenn die Daten aus den Eintragsakten geladen werden. Ein Rekord ist ein kleiner freier Platz, um als Teil einer CPU zu speichern.

Die Steuereinheit zeigt dem ALU an, welcher Verfahren mit diesen Informationen ausgeführt werden soll, und führen Sie das Ergebnis in einem Ausgabendatensatz bei. Die Steuereinheit führt die Informationsübertragung zwischen Datensätzen, ALU und Speicher durch.

Wenn die Verfahren komplexer werden, wird die ALU auch mehr Platz in der CPU einnehmen, sie wird höhere Kosten haben und mehr Wärme erzeugen.

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Von der Alu durchgeführte Operationen

Alu widmet sich in erster Linie logischen und mathematischen Operationen, einschließlich Bit -Verschiebungsoperationen. Dies sind grundlegende Prozesse, die in fast allen von der CPU verarbeiteten Daten ausgeführt werden müssen.

Die logische arithmetische Einheit ist die Komponente der CPU, die alle Berechnungen ausführt, die die CPU benötigt. Es ist der "Taschenrechner" -Teil des Computers, da er die grundlegenden arithmetischen und logischen Operationen ausführt.

Ein Großteil der Verfahren ist logisch. Nach dem Design, das die Alu hat, kann der CPU die größere Leistung gegeben werden. Es wird jedoch auch mehr Energie machen und mehr Wärme erzeugen.

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Die verschiedenen von der ALU durchgeführten Operationen können wie folgt klassifiziert werden:

Logische Operationen

Hier sind die unterschiedlichen logischen Operationen wie und oder, nicht, Xor, Nor, Nand usw.

Rechenoperationen

Es bezieht sich auf die Summe und Subtraktion von Bits. Obwohl manchmal eine Multiplikation und Abteilung verwendet werden, sind diese Vorgänge teurer für die Durchführung.

Wiederholte Summen können auch verwendet werden, um die Multiplikation und die sich wiederholenden Subtraktionen zu ersetzen, um die Abteilung zu ersetzen.

Bits Verschiebungsoperationen

Es bezieht sich auf die Vertreibung von Bitpositionen an einer bestimmten Anzahl von Stellen rechts oder links, was als Multiplikationsoperation angesehen wird.

Arithmetik-und Logikeinheit

In der arithmetischen Einheit werden Multiplikation und Abteilung durch eine Reihe von Summen- oder Subtraktionsoperationen und mit der Verschiebung der Bits durchgeführt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, negative Zahlen darzustellen.

In der Logikeinheit kann eine der 16 möglichen logischen Operationen durchgeführt werden. Zum Beispiel zwei Operanden kontrastieren oder erkennen, welche Stellen die Bits nicht übereinstimmen.

Alu Architektur

Alu kann sowohl Eingang als auch Ausgabe auf die Prozessorsteuereinheit, den Hauptspeicher sowie die Eingangs- und Ausgangsgeräte direkt zugreifen.

Die Eingangs- und Ausgangsdaten werden über eine elektronische Route namens Bus übertragen. Der Eingang entspricht einer Anweisung, die einen oder mehrere Operanden, einen Betriebscode und in einigen Fällen einen Formatcode enthält.

Der Operation Code zeigt Alu, welche Aktion, die er ausführen muss, zusätzlich zu den Operanden, die an diesem Betrieb beteiligt sind. Zum Beispiel können Sie angeben, dass die beiden Operanden subtrahiert oder verglichen werden.

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Die Ausgabe besteht aus einem Ergebnis, das in einem Speicher- und Konfigurationsdatensatz platziert wird, der angibt, ob der Betrieb erfolgreich durchgeführt wurde. Wenn nicht, wird eine Art von Status im Zustand der Maschine gespeichert.

Der Bitstrom und die in den ALU -Untereinheiten durchgeführten Operationen werden von Gate Circuits gesteuert.

In diesen Schaltungen ist eine logische Sequenzeinheit diejenige, die die Gates durch eine bestimmte Sequenz leitet, die jedem Betriebscode entspricht.

Logik -Tore

Alle Informationen auf einem Computer werden in Form von Binärzahlen gespeichert und behandelt, dh 0 und 1. Um Binärzahlen zu verarbeiten, werden Transistorschalter verwendet, da nur zwei mögliche Zustände auf einem Schalter vorhanden sind: Öffnen oder geschlossen.

Ein offener Transistor, durch den kein Strom vorbeikommt, repräsentiert eine 0. Ein geschlossener Transistor, durch den Strom vorbeikommt.

Operationen können erreicht werden, indem mehrere Transistoren angeschlossen werden. Ein Transistor kann verwendet werden, um einen zweiten Transistor zu kontrollieren. Zum Beispiel schaltet ein Transistorschalter je nach Zustand eines zweiten Transistors ein oder aus.

Dies wird als Gate bezeichnet, da diese Bestimmung verwendet werden kann, um den elektrischen Strom zuzulassen oder zu stoppen.

Die Tore sind die Baublöcke des Alu. Sie werden aus Dioden, Widerständen oder Transistoren gebaut. Diese Tore werden in der integrierten Schaltung verwendet, um einen Binäreingang als "Zündstufe" und "Aus" darzustellen.

Alu wird über eine kombinatorische Schaltung konfiguriert. Diese Schaltung verwendet logische Tore wie und oder nicht.

Und Tor

Die und mehr oder mehr Eingänge. Das und ist 1 Gate -Ausgang, wenn alle Tickets 1 sind. Das Tor und DA 0, wenn eines der Eingabedaten 0 beträgt.

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Org -Tor

Auftragstor kann zwei oder mehr Tickets haben. Der Ausgang des ER -Tors beträgt immer 1, wenn einer der Einträge 1 und 0 beträgt, wenn alle Eingänge 0 sind.

Keine Guenta

Die einfachste Art des Betriebs ist ein nicht Tor. Dies verwendet nur einen einzelnen Transistor. Verwenden Sie einen einzelnen Eingang und erzeugen Sie einen einzelnen Ausgang, der immer das Gegenteil des Eingangs ist.

Das Nod Gate wird verwendet, um das Ergebnis der Tore umzukehren oder den Booleschen Zustand von 0 bis 1 und 1 bis 0 zu investieren. Es wird auch mit dem "und" und "oder" Tor "verwendet.

Wenn in Verbindung mit dem und oder "oder" Tor verwendet wird, wird das Nicht -Nicken mit einem kleinen Kreis vor beiden Toren dargestellt.

Nachdem das nicht verwendet wurde.

Aufzeichnungen

Sie sind eine sehr wichtige Komponente in der ALU, um Anweisungen, Zwischendaten, die Eingangsoper, die hinzugefügten Operanden, das akkumulierte Ergebnis, das in einem Akkumulator gespeichert wird, und das Endergebnis zu speichern.

Datensätze bieten einen sehr schnellen Zugriff auf den Speicher im Vergleich zu Cache, RAM und Festplatte. Sie sind auf der CPU gebaut und sind klein.

Verweise

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