ALU (LOGIČNA ARITMETIČNA ENOTA): OPERACIJE IN ARHITEKTURA - TEHNOLOGIJA - 2026

ALU (aritmetična logična enota) je elektronsko vezje, katerega funkcija je, da izvede vse postopke v zvezi s postopki iz logike in numerični izračun. Navedena je kot nepogrešljiv sestavni del centralne procesne enote (CPU) računalnikov.

Nedavni procesorji vključujejo zelo zmogljive in zapletene ALU. V nekaterih strukturah CPU je ALU razdeljen na aritmetično enoto in logično enoto. Današnji CPU poleg ALU vključujejo krmilno enoto.

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

Večina operacij CPU-ja izvaja en ali več ALU-jev, ko se podatki naložijo iz vhodnih registrov. Register je majhen prosti prostor za shranjevanje kot del procesorja.

Krmilna enota pove ALU, kateri postopek naj se izvaja s temi informacijami, rezultat pa shrani v izhodni register. Krmilna enota izvaja prenos informacij med registri, ALU in pomnilnikom.

Ko postopki postanejo bolj zapleteni, bo ALU tudi zavzel več prostora za CPU, stalo več in ustvarilo več toplote.

Operacije, ki jih izvaja ALU

ALU je namenjen predvsem izvajanju logičnih in matematičnih operacij, vključno z bitnimi operacijami. To so temeljni procesi, ki jih je treba izvesti na skoraj vseh podatkih, ki jih obdeluje CPU.

Logična aritmetična enota je tista komponenta CPU, ki izvaja vse izračune, ki jih bo CPU morda potreboval. Je "računati" del računalnika, saj izvaja osnovne aritmetične in logične operacije.

Večina postopkov je logične narave. Glede na zasnovo ALU lahko CPU dodeli več moči. Vendar pa bo tudi povzročilo, da boste porabili več energije in proizvedli več toplote.

Različne operacije, ki jih izvaja ALU, lahko razvrstimo na naslednji način:

Logične operacije

Tu so različne logične operacije, kot so AND, ALI, NE, XOR, NOR, NAND itd.

Aritmetične operacije

Nanaša se na seštevanje in odštevanje bitov. Čeprav se včasih uporabljajo množenje in deljenje, so te operacije dražje izvajati.

Ponavljajoče seštevanje se lahko uporablja tudi za nadomeščanje množenja in ponavljajoče se odštevanje za nadomestitev delitve.

Operacije premika bitov

Nanaša se na premik položajev bitja na določenem številu mest v desno ali levo, kar velja za operacijo množenja.

Aritmetična in logična enota

V aritmetični enoti se množenje in deljenje izvaja z nizom operacij seštevanja ali odštevanja in s premikanjem bitov. Obstaja več načinov za predstavitev negativnih števil.

Na logičnem pogonu je mogoče izvesti katero koli od 16 možnih logičnih operacij. Na primer, kontrast dveh operandov ali prepoznavanje, kje se biti ne ujemajo.

ALU arhitektura

ALU lahko neposredno dostopa do vhoda in izhoda do krmilne enote procesorja, glavnega pomnilnika ter do vhodno-izhodnih naprav.

Vhodni in izhodni podatki se prenašajo po elektronski poti, imenovani vodila. Vhod ustreza navodilu, ki vključuje enega ali več operandov, operacijsko kodo in v nekaterih primerih kodo formata.

Operacija koda prikazuje ALU, katero dejanje naj izvede poleg operandov, ki sodelujejo v tej operaciji. Na primer, lahko ukazujete, da se dva operanda odštejeta ali primerjata.

Rezultat je sestavljen iz rezultata, ki bo umeščen v register pomnilnika, in konfiguracije, ki bo pokazala, ali je bila operacija uspešna. V nasprotnem primeru bo nekakšno stanje shranjeno v stanju stroja.

Tok bitov in operacije, ki jih izvajajo na njih v podenotah ALU, nadzirajo vezja.

V teh vezjih je logična enota zaporedja tista, ki usmerja vrata skozi določeno zaporedje, ki ustreza vsaki operacijski kodi.

Logična vrata

Vse informacije v računalniku so shranjene in se obdelujejo v obliki binarnih števil, to je 0 in 1. Tranzistorska stikala se uporabljajo za obdelavo binarnih števil, saj sta v stikalu le dve možni stanji: odprto oz. zaprto.

Odprti tranzistor, skozi katerega ne prehaja tok, predstavlja 0. Zaprti tranzistor, skozi katerega prehaja tok, predstavlja 1.

Operacije je mogoče izvesti s priključitvijo več tranzistorjev. En tranzistor se lahko uporablja za pogon drugega tranzistorja. Na primer, stikalo za en tranzistor se vklopi ali izklopi, odvisno od stanja drugega tranzistorja.

To je znano kot zapornica, ker se ta razporeditev lahko uporablja za dovoljenje ali zaustavitev električnega toka.

Vrata so gradniki ALU. Zgrajene so iz diod, uporov ali tranzistorjev. Ta vrata se v integriranem vezju uporabljajo za prikaz binarnega vhoda v stanju "vklopljeno" in "izklopljeno".

ALU je konfiguriran s kombinatornim vezjem. To vezje za logično uporabo uporablja logična vrata, kot so AND, ALI, NE.

IN vrata

Vrata AND imajo dva ali več vhodov. Izhod vrat AND je 1, če so vsi vhodi 1. Vrata AND vrne 0, če je kateri koli od vhodnih podatkov 0.

ALI vrata

ALI vrata imajo lahko dva ali več vhodov. Izhod vrat OR bo vedno 1, če je kateri koli od vhodov 1 in 0, če so vsi vhodi 0.

NE vrata

Najenostavnejša vrsta delovanja je vrata NOT. Uporablja samo en tranzistor. Uporablja en vhod in ustvari en izhod, ki je vedno nasproten vhodu.

Vrata NOT se uporabljajo za preusmeritev rezultata vrat ali obrnitev logičnega stanja od 0 do 1 in od 1 do 0. Uporablja se tudi z vratoma "AND" in "OR".

Kadar se uporablja skupaj z vrati AND ali »ALI«, vrata NOT predstavljajo majhen krog pred obema vratoma.

Po uporabi vrat NOT vrata IN postanejo NAND in vrata "ALI" postanejo NOR.

Zapisi

V ALU so zelo pomembna sestavina za shranjevanje navodil, vmesnih podatkov, vhodnih operandov, dodanih operandov, nabranega rezultata, ki je shranjen v akumulatorju, in končnega rezultata.

Registri omogočajo zelo hiter dostop do pomnilnika v primerjavi s predpomnilnikom, RAM-om in trdim diskom. Vgrajeni so v CPU in so majhni.

Reference

1. Paul Zandbergen (2019). Aritmetična logična enota (ALU): definicija, oblikovanje in delovanje. Študij. Vzeto iz: study.com.
2. Tehopedija (2019). Aritmetična logična enota (ALU). Vzeto iz: zgornja meja.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetično-logična enota (ALU). Techtarget. Izvedeno iz: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Kaj je aritmetična logična enota (ALU)? - Opredelitev in pomen. Opombe o elektronskem računalniku. Vzeto iz: ecomputernotes.com.
5. Wikipedija, brezplačna enciklopedija (2019). Aritmetična logična enota. Izvedeno iz: en.wikipedia.org.