Aritmeettinen logiikkayksikkö ( ALU ; englanniksi aritmeettinen logiikkayksikkö, ALU ) on prosessoriyksikkö , joka ohjauslaitteen ohjauksessa suorittaa aritmeettisia ja loogisia muunnoksia (alkuarvoista alkaen ) tiedoille, joita kutsutaan tässä tapauksessa operandeiksi . Operandien bittimäärää kutsutaan yleensä konesanan kooksi tai pituudeksi .
Aritmeettisen logiikkayksikön käsitettä ehdotti vuonna 1945 John von Neumann julkaisussaan EDVAC :sta ; siitä tuli yksi nyt klassisen von Neumannin tietokonearkkitehtuurin komponenteista .
Yksibittinen binäärinen (kaksioperandinen) ALU binäärilähdöllä (kaksinumeroisella) voi suorittaa jopa binäärisiä (kaksioperandisia) toimintoja (operaatioita) binäärisellä (kaksinumeroisella) lähdöllä.
Aritmeettis-looginen yksikkö voidaan funktioiden suorituskyvystä riippuen jakaa kahteen osaan:
Aritmeettisen logiikkayksikön rakenne sisältää ehdollisesti rekisterit Rg1 - Rg7, jotka käsittelevät operatiivisesta tai passiivisesta muistista N1, N2, ... NS tulevaa tietoa ja logiikkapiirejä, joilla käsitellään sanoja ohjauksesta tulevien mikrokäskyjen mukaan. laite.
Mikrokäskyjä on kahta tyyppiä: ulkoiset - sellaiset mikrokomennot, jotka tulevat ALU:hun ulkoisista lähteistä ja aiheuttavat siinä informaation muunnoksen, ja sisäiset - ne, jotka generoidaan ALU:ssa ja vaikuttavat mikroohjelmalaitteeseen, muuttaen näin normaalia komentojen järjestystä.
Aritmeettiseen logiikkayksikköön sisältyvien rekisterien tyypillisiä toimintoja:
Osa operaatiorekistereistä voidaan osoittaa ohjeessa suorittaa operaatioita niiden sisällölle, ja niitä kutsutaan ohjelmakäyttöisiksi. Näihin rekistereihin kuuluvat: summain, indeksirekisterit ja jotkin apurekisterit. Jäljelle jääneitä rekistereitä ei voi käsitellä ohjelmassa, eli ne ovat ohjelman käyttökelvottomia.
Käyttölaitteet voidaan luokitella käsiteltävän tiedon tyypin, käsittelytavan ja loogisen rakenteen mukaan.
Tällaista monimutkaista ALU:n loogista rakennetta voidaan luonnehtia toisistaan poikkeavien mikrooperaatioiden lukumäärällä, jotka ovat välttämättömiä aritmeettiselle logiikkayksikölle osoitetun tehtäväkokonaisuuden suorittamiseksi. Jokaisen rekisterin sisääntuloon kootaan vastaavat logiikkapiirit, jotka muodostavat rekistereiden välille sellaiset yhteydet, jotka mahdollistavat määriteltyjen mikrooperaatioiden toteuttamisen. Toimenpiteiden suorittaminen sanoille rajoittuu tiettyjen mikrooperaatioiden suorittamiseen, jotka ohjaavat sanojen siirtoa ALU:lle ja toimintoja sanojen muuntamiseksi. Mikrokomentojen suoritusjärjestys määräytyy operaatioiden suorittamisalgoritmin mukaan. Toisin sanoen ALU-rekisterien ja niiden toimintojen väliset yhteydet riippuvat pääasiassa hyväksytystä metodologiasta loogisten operaatioiden suorittamiseksi, mukaan lukien aritmeettinen tai erikoisaritmetiikka.
Toiminnallisesti ALU koostuu kahdesta rekisteristä (rekisteri1, rekisteri 2), ohjauspiiristä ja summaimesta [1] . Aritmeettinen operaatio suoritetaan sykleissä:
Esimerkki ALU-operaatiosta vähennysoperaatiossa:
Kaikki aritmeettisen logiikkayksikön operaatiot ovat loogisia operaatioita (funktioita), jotka voidaan jakaa seuraaviin ryhmiin:
Nykyaikaiset yleiskäyttöiset tietokoneet toteuttavat yleensä kaikkien edellä mainittujen ryhmien operaatioita, ja pienissä ja mikrotietokoneissa , mikroprosessoreissa ja erikoistietokoneissa ei useinkaan ole laitteita liukulukuaritmetiikkaan, desimaaliaritmetiikkaan ja aakkosnumeeristen kenttien operaatioihin. Tässä tapauksessa nämä toiminnot suorittavat erityiset aliohjelmat.
Aritmeettisia operaatioita ovat yhteen- , vähennys- , modulo-vähennys ("lyhyet operaatiot") sekä kerto- ja jakolasku ("pitkät operaatiot"). Loogisten operaatioiden ryhmä koostuu operaatioista disjunktio (looginen TAI) ja konjunktio (looginen AND) monibittisten binäärisanojen yli, yhtäläisyyskoodien vertailu. Erityisiä aritmeettisia operaatioita ovat normalisointi, aritmeettinen siirto (vain digitaalisia bittejä siirretään, etumerkkibitti pysyy paikallaan), looginen siirto (etubittiä siirretään digitaalisten bittien mukana). Aakkosnumeeristen tietojen muokkaamiseen tarkoitettujen toimintojen ryhmä on laaja. Jokainen operaatio ALU:ssa on looginen funktio tai loogisten funktioiden sarja, joka on kuvattu binäärilogiikalla binääritietokoneille, ternäärilogiikalla kolmiosaisille tietokoneille , kvaternäärilogiikalla kvaternäärisille tietokoneille, desimaalilogiikalla desimaalitietokoneille ja niin edelleen.
Aritmeettiset logiikkayksiköt jaetaan sarja- ja rinnakkaisiin sen mukaan, miten ne vaikuttavat operandeihin. Sarjalaitteissa operandit esitetään sarjakoodina ja toiminnot suoritetaan peräkkäin ajassa niiden yksittäisille biteille; rinnakkain - rinnakkaisella koodilla ja toiminnot suoritetaan rinnakkain ajassa operandien kaikilla biteillä.
Numeroiden esittämistavan mukaan erotetaan aritmeettis-loogiset laitteet:
Elementtien ja solmujen käytön luonteen mukaan ALU:t jaetaan lohko- ja monitoimisiksi. Lohkolaitteessa operaatiot kiinteillä ja liukulukuilla, desimaaliluvuilla ja aakkosnumeerisilla kentillä suoritetaan erillisissä lohkoissa, samalla kun toiminta nopeuttaa, koska lohkot voivat suorittaa vastaavat toiminnot rinnakkain, mutta laitekustannukset nousevat merkittävästi. Monitoimisissa ALU:issa kaikki numeroesitysmuodot suorittavat toiminnot samoilla piireillä, jotka kytketään oikealla tavalla vaaditusta toimintatavasta riippuen.
Aritmeettinen logiikkayksikkö on toiminnaltaan toimintayksikkö, joka suorittaa mikrooperaatioita, jotka varmistavat operandien vastaanoton muista laitteista (esimerkiksi muistista), niiden muuntamisen ja muunnostulosten luovuttamisen muille laitteille. Aritmeettis-loogista yksikköä ohjaa ohjausyksikkö, joka tuottaa ohjaussignaaleja, jotka käynnistävät tiettyjen mikrotoimintojen suorittamisen ALU:ssa. Ohjauslohkon generoimien signaalien järjestys määräytyy komentotoimintokoodin ja hälytyssignaalien perusteella.
prosessoritekniikat | Digitaaliset|||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Arkkitehtuuri | |||||||||
Ohjesarjan arkkitehtuuri | |||||||||
koneen sana |
| ||||||||
Rinnakkaisuus |
| ||||||||
Toteutukset | |||||||||
Komponentit | |||||||||
Virranhallinta |