- Operationen der ALU
- Logische Operationen
- Rechenoperationen
- Bitverschiebungsoperationen
- Arithmetische und logische Einheit
- ALU-Architektur
- Logikgatter
- UND Tor
- ODER-Gatter
- NICHT Tor
- Aufzeichnungen
- Verweise
Die ALU (Arithmetic Logical Unit) ist eine elektronische Schaltung, deren Aufgabe es ist, alle Prozesse auszuführen, die sich auf die Verfahren der Logik und der numerischen Berechnung beziehen. Es ist als unverzichtbarer Bestandteil der Zentraleinheit (CPU) von Computern aufgeführt.
Neuere CPUs enthalten sehr leistungsfähige und komplexe ALUs. In einigen CPU-Strukturen ist die ALU in eine arithmetische Einheit und eine logische Einheit unterteilt. Die heutigen CPUs verfügen neben der ALU über eine Steuereinheit.
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Die meisten Operationen einer CPU werden von einer oder mehreren ALUs ausgeführt, wenn Daten aus Eingangsregistern geladen werden. Ein Register ist ein kleiner freier Speicherplatz, der als Teil einer CPU gespeichert werden kann.
Die Steuereinheit teilt der ALU mit, welche Prozedur mit diesen Informationen ausgeführt werden soll, und speichert das Ergebnis in einem Ausgaberegister. Die Steuereinheit führt die Informationsübertragung zwischen Registern, ALU und Speicher durch.
Wenn die Verfahren komplexer werden, wird die ALU auch mehr CPU-Speicherplatz beanspruchen, mehr kosten und mehr Wärme erzeugen.
Operationen der ALU
Die ALU widmet sich hauptsächlich der Durchführung logischer und mathematischer Operationen, einschließlich Bitverschiebungsoperationen. Dies sind grundlegende Prozesse, die für fast alle Daten ausgeführt werden müssen, die die CPU verarbeitet.
Die logische Recheneinheit ist die Komponente der CPU, die alle Berechnungen ausführt, die die CPU möglicherweise benötigt. Es ist der "berechnende" Teil des Computers, da er grundlegende arithmetische und logische Operationen ausführt.
Viele der Verfahren sind logischer Natur. Entsprechend dem Design der ALU kann der CPU mehr Leistung gegeben werden. Sie verbrauchen jedoch auch mehr Energie und produzieren mehr Wärme.
Die verschiedenen von der ALU ausgeführten Operationen können wie folgt klassifiziert werden:
Logische Operationen
Hier sind die verschiedenen logischen Operationen wie UND, ODER, NICHT, XOR, NOR, NAND usw.
Rechenoperationen
Bezieht sich auf die Addition und Subtraktion von Bits. Obwohl manchmal Multiplikation und Division verwendet werden, ist die Durchführung dieser Operationen teurer.
Wiederholte Addition kann auch verwendet werden, um die Multiplikation zu ersetzen, und wiederholte Subtraktion, um die Division zu ersetzen.
Bitverschiebungsoperationen
Es bezieht sich auf die Verschiebung der Bitpositionen an einer bestimmten Anzahl von Stellen nach rechts oder links, was als Multiplikationsoperation angesehen wird.
Arithmetische und logische Einheit
In der arithmetischen Einheit werden Multiplikation und Division durch eine Reihe von Additions- oder Subtraktionsoperationen und durch Verschieben der Bits durchgeführt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, negative Zahlen darzustellen.
Auf dem logischen Laufwerk können 16 mögliche logische Operationen ausgeführt werden. Zum Beispiel zwei Operanden gegenüberstellen oder erkennen, wo die Bits nicht übereinstimmen.
ALU-Architektur
Die ALU kann direkt auf die Ein- und Ausgabe der Prozessorsteuereinheit, des Hauptspeichers sowie der Ein- und Ausgabegeräte zugreifen.
Die Eingangs- und Ausgangsdaten werden über einen elektronischen Pfad übertragen, der als Bus bezeichnet wird. Die Eingabe entspricht einer Anweisung, die einen oder mehrere Operanden, einen Operationscode und in einigen Fällen einen Formatcode enthält.
Der Operationscode zeigt der ALU zusätzlich zu den an dieser Operation beteiligten Operanden, welche Aktion sie ausführen soll. Sie können beispielsweise die beiden Operanden anweisen, zu subtrahieren oder zu vergleichen.
Die Ausgabe besteht aus einem Ergebnis, das in ein Speicherregister gestellt wird, und einer Konfiguration, die angibt, ob der Vorgang erfolgreich war. Wenn nicht, wird eine Art Status im Maschinenzustand gespeichert.
Der Bitstrom und die an ihnen in den ALU-Untereinheiten ausgeführten Operationen werden durch Gate-Schaltungen gesteuert.
In diesen Schaltungen ist eine Sequenzlogikeinheit diejenige, die die Gatter durch eine bestimmte Sequenz lenkt, die jedem Operationscode entspricht.
Logikgatter
Alle Informationen in einem Computer werden in Form von Binärzahlen gespeichert und verarbeitet, dh 0 und 1. Transistorschalter werden zur Behandlung von Binärzahlen verwendet, da in einem Schalter nur zwei mögliche Zustände vorhanden sind: offen oder geschlossen.
Ein offener Transistor, durch den kein Strom fließt, repräsentiert eine 0. Ein geschlossener Transistor, durch den Strom fließt, repräsentiert eine 1.
Operationen können durch Verbinden mehrerer Transistoren durchgeführt werden. Ein Transistor kann verwendet werden, um einen zweiten Transistor anzusteuern. Beispielsweise wird der Schalter für einen Transistor abhängig vom Zustand eines zweiten Transistors ein- oder ausgeschaltet.
Dies ist als Gate bekannt, da diese Anordnung verwendet werden kann, um elektrischen Strom zuzulassen oder zu stoppen.
Die Tore sind die Bausteine der ALU. Sie bestehen aus Dioden, Widerständen oder Transistoren. Diese Gatter werden in der integrierten Schaltung verwendet, um einen Binäreingang als "Ein" - und "Aus" -Zustand darzustellen.
Die ALU wird über eine kombinatorische Schaltung konfiguriert. Diese Schaltung verwendet Logikgatter wie UND, ODER, NICHT für ihre Konformation.
UND Tor
Das UND-Gatter hat zwei oder mehr Eingänge. Der Ausgang des UND-Gatters ist 1, wenn alle Eingänge 1 sind. Das UND-Gatter gibt 0 zurück, wenn einer der Eingangsdaten 0 ist.
ODER-Gatter
Das ODER-Gatter kann zwei oder mehr Eingänge haben. Der Ausgang des ODER-Gatters ist immer 1, wenn einer der Eingänge 1 ist, und 0, wenn alle Eingänge 0 sind.
NICHT Tor
Die einfachste Art der Operation ist ein NICHT-Gatter. Es wird nur ein einziger Transistor verwendet. Es verwendet einen einzelnen Eingang und erzeugt einen einzelnen Ausgang, der immer das Gegenteil des Eingangs ist.
Das NOT-Gatter wird verwendet, um das Ergebnis der Gatter umzukehren oder den Booleschen Zustand von 0 auf 1 und von 1 auf 0 zu invertieren. Es wird auch mit dem Gatter "AND" und "OR" verwendet.
In Verbindung mit dem UND- oder "ODER" -Gatter wird das NICHT-Gatter durch einen kleinen Kreis vor beiden Toren dargestellt.
Nach Verwendung des NOT-Gatters werden die AND-Gatter zu NAND und die "OR" -Gatter zu NOR.
Aufzeichnungen
Sie sind eine sehr wichtige Komponente in der ALU, um Anweisungen, Zwischendaten, die Eingabeoperanden, die hinzugefügten Operanden, das akkumulierte Ergebnis, das in einem Akkumulator gespeichert ist, und das Endergebnis zu speichern.
Register bieten im Vergleich zu Cache, RAM und Festplatte einen sehr schnellen Zugriff auf den Speicher. Sie sind in die CPU eingebaut und klein.
Verweise
- Paul Zandbergen (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU): Definition, Design & Funktion. Studie. Entnommen aus: study.com.
- Techopedia (2019). Arithmetische Logikeinheit (ALU). Entnommen aus: deckenpedia.com.
- Margaret Rouse (2019). Arithmetik-Logik-Einheit (ALU). Techtarget. Entnommen aus: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019). Was ist die Arithmetic Logic Unit (ALU)? - Definition und Bedeutung. Hinweise zum Computer. Entnommen aus: ecomputernotes.com.
- Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2019). Arithmetik-Logikeinheit. Entnommen aus: en.wikipedia.org.