ALU (UNITATE ARITMETICĂ LOGICĂ): OPERAȚII ȘI ARHITECTURĂ - TEHNOLOGIE - 2025

ALU (Unitatea logică aritmetică) este un circuit electronic , a cărui funcție este de a efectua toate procesele legate de procedurile de logică și de calcul numeric. Este listat ca o componentă indispensabilă a unității centrale de procesare (CPU) a computerelor.

CPU recente includ ALU-uri foarte puternice și complexe. În unele structuri CPU, ALU este împărțit într-o unitate aritmetică și o unitate logică. Pe lângă ALU, procesoarele de astăzi includ o unitate de control.

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

Majoritatea operațiunilor unui procesor sunt efectuate de una sau mai multe ALU-uri, când datele sunt încărcate din registrele de intrare. Un registru este un mic spațiu liber de stocat ca parte a procesorului.

Unitatea de control spune ALU ce procedură trebuie executată cu informațiile respective și salvează rezultatul într-un registru de ieșire. Unitatea de control efectuează transferul de informații între registre, ALU și memorie.

Pe măsură ce procedurile devin mai complexe, ALU va ocupa, de asemenea, mai mult spațiu procesor, costă mai mult și va genera mai multă căldură.

Operațiunile efectuate de ALU

ALU este dedicat în principal efectuării de operații logice și matematice, inclusiv operații de schimbare a biților. Acestea sunt procese fundamentale care trebuie executate pe aproape toate datele pe care procesează procesorul.

Unitatea aritmetică logică este acea componentă a procesorului care efectuează toate calculele de care CPU poate avea nevoie. Este partea „de calcul” a computerului, deoarece realizează operații de bază aritmetice și logice.

O mare parte dintre proceduri sunt de natură logică. Conform designului ALU, procesorului i se poate da mai multă putere. Totuși, vă va provoca, de asemenea, să utilizați mai multă energie și să produceți mai multă căldură.

Diferitele operațiuni efectuate de ALU pot fi clasificate după cum urmează:

Operații logice

Iată diferitele operații logice, precum AND, SAU, NU, XOR, NOR, NAND etc.

Operatii aritmetice

Se referă la adăugarea și scăderea biților. Deși uneori sunt utilizate înmulțirea și divizarea, aceste operații sunt mai scumpe de efectuat.

Adăugarea repetitivă poate fi, de asemenea, utilizată pentru a substitui înmulțirea și scăderea repetitivă pentru a înlocui diviziunea.

Operații de schimb de biți

Se referă la schimbarea pozițiilor de biți într-un anumit număr de locuri spre dreapta sau spre stânga, ceea ce este considerată o operație de multiplicare.

Unitatea aritmetică și logică

În unitatea aritmetică, înmulțirea și divizarea sunt efectuate printr-o serie de operații de adunare sau scădere și prin deplasarea biților. Există mai multe moduri de a reprezenta numere negative.

Oricare din cele 16 operații logice posibile pot fi efectuate pe unitatea logică. De exemplu, contrastarea a două operanze sau recunoașterea locurilor în care nu se potrivesc biții.

Arhitectura ALU

ALU poate accesa direct atât la intrare cât și la ieșire unitatea de control a procesorului, memoria principală și dispozitivele de intrare și ieșire.

Datele de intrare și ieșire sunt transmise printr-o cale electronică numită bus. Intrarea corespunde unei instrucțiuni, care include unul sau mai mulți operanzi, un cod de operare și, în unele cazuri, un cod de format.

Codul operației arată ALU ce acțiune ar trebui să execute, pe lângă operanzile implicate în operațiunea respectivă. De exemplu, puteți instrui cele două operanze să fie scăzute sau comparate.

Rezultatul constă dintr-un rezultat care va fi plasat într-un registru de stocare și o configurație care va indica dacă operațiunea a avut succes. Dacă nu, un fel de stare va fi stocat în starea mașinii.

Fluxul de biți și operațiunile efectuate pe ele în subunitățile ALU sunt controlate de circuite poartă.

În aceste circuite, o unitate de secvență logică este cea care direcționează porțile, printr-o secvență specifică care corespunde fiecărui cod de operare.

Portile logice

Toate informațiile dintr-un computer sunt stocate și gestionate sub formă de numere binare, adică 0 și 1. Comutatoarele tranzistor sunt utilizate pentru a gestiona numere binare, deoarece există doar două stări posibile într-un comutator: deschis sau închis.

Un tranzistor deschis, prin care nu trece curent, reprezintă un 0. Un tranzistor închis, prin care trece curentul, reprezintă un 1.

Operațiunile pot fi realizate prin conectarea mai multor tranzistoare. Un tranzistor poate fi utilizat pentru a conduce un al doilea tranzistor. De exemplu, comutatorul pentru un tranzistor se activează sau se oprește în funcție de starea unui al doilea tranzistor.

Aceasta este cunoscută sub numele de poartă, deoarece acest aranjament poate fi utilizat pentru a permite sau opri curentul electric.

Porțile sunt blocurile de construcție ale ALU. Sunt construite din diode, rezistențe sau tranzistoare. Aceste porți sunt utilizate în circuitul integrat pentru a reprezenta o intrare binară ca stare „pornită” și „oprită”.

ALU este configurat printr-un circuit combinatorial. Acest circuit folosește porți logice precum AND, SAU, NU pentru conformarea sa.

SI poarta

Poarta AND are două sau mai multe intrări. Ieșirea porții AND este 1 dacă toate intrările sunt 1. Poarta AND returnează 0 dacă oricare dintre datele de intrare este 0.

SAU poarta

Poarta SA poate avea două sau mai multe intrări. Ieșirea porții OR va fi întotdeauna 1 dacă oricare dintre intrări sunt 1 și 0 dacă toate intrările sunt 0.

NU poarta

Cel mai simplu tip de operație este o poartă NU. Utilizează doar un singur tranzistor. Utilizează o singură intrare și produce o singură ieșire, care este întotdeauna opusă intrării.

Poarta NOT este folosită pentru a inversa rezultatul porților sau pentru a inversa starea booleană de la 0 la 1 și de la 1 la 0. Este de asemenea folosită cu poarta „AND” și „OR”.

Atunci când este utilizat împreună cu poarta AND sau „OR”, poarta NU este reprezentată de un cerc mic în fața ambelor porți.

După utilizarea porții NU, porțile AND devin NAND și porțile „SAU” devin NOR.

Înregistrări

Ele sunt o componentă foarte importantă în ALU pentru a stoca instrucțiuni, date intermediare, operanzi de intrare, operanzi care sunt adăugați, rezultatul acumulat, care este stocat într-un acumulator și rezultatul final.

Registrele oferă acces foarte rapid la memorie, în comparație cu cache, RAM și hard disk. Sunt construite în procesor și sunt mici.

Referințe

1. Paul Zandbergen (2019). Unitatea logică aritmetică (ALU): definiție, proiectare și funcție. Studiu. Luat de la: studiu.com.
2. Techopedia (2019). Unitatea logică aritmetică (ALU). Preluat de la: plafonpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Unitatea aritmetică-logică (ALU). TechTarget. Luat de la: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Ce este Unitatea logică aritmetică (ALU)? - Definiție și sens. Note pentru computer. Luate de la: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, enciclopedia gratuită (2019). Unitate logică aritmetică. Preluat de la: en.wikipedia.org.