Aritmeettislooginen yksikkö

In Computing, aritmeettisloogisen yksikön, joka tunnetaan myös nimellä ALU, on digitaalinen piiri, joka laskee aritmeettisia ja loogisia operaatioita kahden numerot.

Monet lajit elektronisia piirejä täytyy tehdä jonkinlainen laskutoimitus, joten jopa piiri sisällä digitaalinen kello tulee ALU pieniä edelleen lisäämällä 1 kellonajan, ja pidetään tarkistaa, onko hälytyksen laukaisemiseksi ääni, jne .

Ylivoimaisesti monimutkainen elektroniset piirit ovat ne, jotka on rakennettu moderni mikroprosessori pelimerkkejä. Siksi nämä jalostajat ovat niiden sisällä erittäin monimutkainen ja voimakas ALU. Itse asiassa, moderni mikroprosessori voi olla useita ytimiä, jokainen ydin useita suoritusyksiköiden, joissa jokaisessa on useita ALU.

Monet muut piirit voivat sisältää yhden aritmeettislooginen yksikkö: grafiikka käsittely yksikköä kaltaisissa modernin GPU, kuten vanha FPU 80387 matematiikkarinnakkaissuoritinta ja digitaaliset signaaliprosessorit kuten todettu vuonna äänikortteja, lukijat CD ja HDTV. Kaikki nämä ovat sisällä useita voimakkaita ja monimutkaisia ​​ALU.

Historia: Ehdotus Von Neumann

Matemaatikko John von Neumann ehdotti ALU käsite vuonna 1945, kun hän kirjoitti kertomuksen perustan uuden tietokoneen nimeltään EDVAC. Myöhemmin vuonna 1946, hän työskenteli hänen kollegansa suunniteltu tietokoneen Princeton Institute of Advanced Studies. IAS tietokone tuli prototyyppi monille myöhemmin tietokoneet. Tässä ehdotuksessa, von Neumann esitteli, mitä hän uskoi olisi tarpeen koneellasi, kuten ALU.

Von Neumann selitti, että ALU on perusedellytys tietokone koska sinun täytyy suorittaa peruslaskutoimituksia: yhteen-, vähennys-, kerto- ja jakolaskuja. Siksi hän uskoi se oli "kohtuullinen että tietokone pitäisi sisältää erikoistuneita elimiä näissä operaatioissa."

Numero Systems

ALU on käsiteltävä numeroita käyttäen samaa muotoa kuin muu digitaalinen piiri. Modernin prosessorit, tämä muoto on lähes aina edustus binary kahden komplementti numero. Varhainen tietokoneita käytetään erilaisia ​​määrän järjestelmiä, joista yksi komplementti, kirjaudu-suuruus muodossa, ja jopa tosi desimaalin järjestelmiä, kymmenen putket per numero.

ALU kullekin näistä Lukujärjestelmien osoittivat eri malleja, ja tämä vaikutti nykyinen parempana kahden komplementti, koska tämä on yksinkertaisin edustus elektronisen piirin ALU laskea lisäyksiä ja vähennyksiä, jne .

Käytännön esittely

ALU on pohjimmiltaan koostuu: Operatiivinen Circuit, Lippupalvelu Records, Rekisteröinti akku ja tilarekisterin, sarja tietueita, jotka mahdollistavat toteutumista Jokaisesta.

Useimmat tietokone toimenpiteet tehdään ALU. ALU ottaa tietoja prosessorin rekistereistä. Nämä tiedot käsitellään ja tulokset toiminta tallennetaan tuotoksen rekistereihin ALU. Muut mekanismit siirtää tietoja näiden rekisterien ja muistin.

Ohjausyksikkö ohjaa ALU, säätämällä piirejä joka vetää ALU mitä operaation suorittamiseen.

Yksityiskohta

Kuvan tiedot 2-bittinen ALU kaksi tuloa kutsutaan ja B, ja B vastaavat vähiten merkitsevä bitti ja A ja B vastaavat merkittävin bitti.

Kukin bitti ALU käsitellään identtisesti, lukuun ottamatta käsittelyn muistibitti. Hallinnoinnin vähän on selitetty alla.

Tulot ja B menevät neljä portit vasemmalla, ylhäältä alas, XOR, AND, OR. Ensimmäinen kolme porttia suorittaa XOR, AND ja OR toimintansa ja B viimeinen XOR gate on ensimmäinen portti täyden lisätoiminto.

Viimeinen vaihe toimintansa jokainen bitti on kanavointi tietoja. 3-bittisen syötetyn OP, OP, OP ja OP määrittelee, mitkä toiminnot on suoritettava:

  • OP = 000 → XOR
  • OP = 001 → JA
  • OP = 010 → TAI
  • OP = 011 → lisääminen

Selvästi se näkee, että muut neljä tuloa Multiplekserin ovat ilmaisia ​​muita toimintoja. Vaikka OP tällä hetkellä ei käytetä tässä tuotannossa, se olisi suorituksessa käytetty muita toimenpiteitä 4 toimintaa yllä.

Matkan tietojen syöttö ja tuotos kantaa, nimeltään liput, on tyypillisesti kytketty jonkinlaisen aseman rekisteriin.

Suorat kaupat

Useimmat ALU voi suorittaa seuraavat toiminnot:

  • Kokonaisluku aritmeettinen
  • Bittinen loogisia operaatioita
  • Bittisiirto toimintaa. Siirtymät voidaan tulkita monistaminen tai Divisioona 2.

Monimutkaisia ​​operaatioita

Insinööri voi suunnitella ALU laskea mitään toimenpidettä, ei väliä kuinka monimutkainen se on; Ongelmana on, että monimutkaisempi operaatio, kalliimpia ALU, enemmän tilaa käytetään prosessori, ja haihduttaa enemmän energiaa, jne.

Siksi insinöörit aina laskea sitoutunut tarjoamaan tehokkaan ALU riittävän nopea prosessori laskea, mutta monimutkaisuus niin mittava, joka tekee taloudellisesti kohtuuttoman ALU. Kuvittele sinun täytyy laskea, sanoa, neliöjuuri määrä, digitaalinen insinööri tutkii seuraavan toteuttaa tätä toiminta:

  • Suunnittele hyvin monimutkainen ALU joka laskee neliöjuuren tahansa määrän yhdessä vaiheessa. Tätä kutsutaan laskenta yhdessä kellojaksossa.
  • Suunnittele monimutkainen ALU joka laskee neliöjuuren läpi useita vaiheita. Tätä kutsutaan iteratiivista laskentaa, ja yleensä perustuu valvonnasta monimutkainen ohjausyksikön sisäänrakennetulla mikrokoodia.
  • Suunnittele yksinkertainen ALU prosessorissa, ja myydä erillinen erikoistunut ja kallis prosessori että asiakas voi asentaa lisää prosessori, joka toteuttaa yksi vaihtoehdoista edellä. Tätä kutsutaan Apuprosessori tai liukulukuyksikköön.
  • Jäljitellä olemassaolo rinnakkaissuorittimen, että on, kun ohjelma yrittää suorittaa neliöjuuri laskelma, jotta prosessori Tarkista apuprosessori on läsnä ja käyttää sitä, jos sellaisia ​​on; jos sellaista ei ole, keskeyttää ohjelman ja vedota käyttöjärjestelmä suorittaa neliöjuuri laskennan kautta joitakin ohjelmia algoritmin. Tätä kutsutaan ohjelmisto emulointia.
  • Ohjelmoijat sanovat, että ei ole Apuprosessori emulointi ja niin täytyy kirjoittaa omia algoritmeja laskea neliöjuuria ohjelmallisesti. Tämä toteutetaan ohjelmiston kirjastot.

Alkuun valinnat ovat nopein ja kallein ja hitain taloudellinen. Siksi, kun taas jopa yksinkertaisin tietokone voi laskea monimutkaisin kaava, yksinkertaisin tietokoneet yleensä kestää pitkään, koska useat vaiheet laskea kaava liittyy vaihtoehtoja # 3, # 4 ja # 5 edellä.

Monimutkainen suorittimet kuten Pentium IV ja AMD Athlon 64 toteuttaa # 1 valinta monimutkaisempi ja hitaampi # 2 toimiin erittäin monimutkaisia ​​toimia. Tämä on mahdollista kyky rakentaa hyvin monimutkaisia ​​ALU näistä prosessorit.

Tulot ja lähdöt

Tulot ALU ovat tiedot, joihin toiminta ja koodin tehdään ohjausyksikön ilmoitetaan myös kumpaa toimintaa suorittaa. Sen lähtö on laskennan tulos operaation.

Monia malleja ALU myös ottaa tai luo tuloina tai tulostaa joukko ehdon koodit tai tila rekisteriin. Näitä koodeja käytetään osoittamaan saapuvan tai lähtevän tapauksissa kantaa, ylivuoto, jako nollalla jne

ALU vs. FPU

Liukulukuyksikköön, liukulukuyksikön myös suorittaa laskutoimituksia kahden arvon välillä, mutta se tekee numerot liukulukuja esitys, joka on paljon monimutkaisempi kuin kahden komplementti edustus käytetään yleisesti ALU. Jotta nämä laskelmat, FPU on rakentanut useita monimutkaisia ​​piirejä, kuten jotkut sisäinen ALU.

Yleensä insinöörit soittaa ALU piiri, joka suorittaa aritmeettisia operaatioita kokonaisluku muodoissa, kun taas piirit, jotka laskevat monimutkaisemmissa muodoissa, kuten liukulukujen, kompleksiluvut, jne., Annetaan yleensä tarkempi nimi, kuten FPU.

  0   0
Edellinen artikkeli TV-verkon

Aiheeseen Liittyvät Artikkelit

Kommentit - 0

Ei kommentteja

Lisääkommentti

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Merkkiä jäljellä: 3000
captcha