Что такое арифметико-логическое устройство. Как работает АЛУ в процессоре. Какие операции выполняет АЛУ. Архитектура и функции арифметико-логического устройства. Роль АЛУ в работе компьютера.
Что такое арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — это ключевой компонент центрального процессора (ЦП) компьютера, который выполняет арифметические и логические операции. АЛУ можно назвать «математическим мозгом» процессора.
Основные функции АЛУ:
- Выполнение арифметических операций (сложение, вычитание, умножение, деление)
- Выполнение логических операций (И, ИЛИ, НЕ и др.)
- Сравнение чисел
- Побитовые операции
- Операции сдвига
АЛУ является комбинационной схемой, то есть не имеет внутренней памяти и выполняет операции только над поступающими на его входы данными.
Архитектура и структура АЛУ
В типичной архитектуре процессора АЛУ тесно связано с другими ключевыми компонентами:
- Устройство управления — декодирует инструкции и управляет работой АЛУ
- Регистры — хранят операнды и результаты вычислений АЛУ
- Кэш-память — быстрая память для хранения часто используемых данных
Внутренняя структура АЛУ обычно включает:
- Арифметическое устройство — выполняет математические операции
- Логическое устройство — выполняет логические и побитовые операции
- Схемы сравнения — сравнивают числа
- Регистр флагов — хранит информацию о результате операции (переполнение, знак и т.д.)
Как работает АЛУ
Работу АЛУ можно описать следующими шагами:
- Устройство управления декодирует инструкцию и определяет, какую операцию нужно выполнить
- Операнды загружаются в АЛУ из регистров или памяти
- АЛУ выполняет заданную операцию над операндами
- Результат сохраняется в регистре или памяти
- Устанавливаются соответствующие флаги в регистре состояния
Например, при сложении двух чисел АЛУ:
- Получает команду на сложение
- Загружает два числа-операнда
- Выполняет сложение
- Сохраняет результат
- Устанавливает флаг переноса, если было переполнение
Арифметические операции АЛУ
Основные арифметические операции, выполняемые АЛУ:
- Сложение
- Вычитание
- Умножение
- Деление
- Инкремент (увеличение на 1)
- Декремент (уменьшение на 1)
АЛУ выполняет эти операции над числами, представленными в двоичной системе счисления. Для сложных операций, как умножение и деление, могут использоваться специальные алгоритмы.
Логические операции АЛУ
АЛУ выполняет следующие основные логические операции:
- И (AND) — результат равен 1, только если оба операнда равны 1
- ИЛИ (OR) — результат равен 1, если хотя бы один операнд равен 1
- НЕ (NOT) — инвертирует значение операнда
- Исключающее ИЛИ (XOR) — результат равен 1, если операнды различны
Эти операции выполняются побитно, то есть для каждого бита операндов отдельно. Они широко используются в программировании для работы с битовыми масками и флагами.
Операции сравнения в АЛУ
АЛУ может выполнять следующие операции сравнения:
- Равно (=)
- Не равно (≠)
- Больше (>)
- Меньше (<)
- Больше или равно (≥)
- Меньше или равно (≤)
Результат сравнения обычно сохраняется в виде флагов в регистре состояния. Это позволяет процессору выполнять условные переходы в программе на основе результатов сравнения.
Роль АЛУ в работе компьютера
АЛУ играет ключевую роль в работе компьютера:
- Выполняет все вычисления, необходимые для работы программ
- Обрабатывает данные в соответствии с алгоритмами
- Позволяет компьютеру принимать решения на основе сравнений
- Обеспечивает выполнение математических и логических операций в играх, научных расчетах, обработке данных
Без АЛУ современные компьютеры были бы неспособны выполнять сложные вычисления и обработку информации. АЛУ — это «сердце» вычислительной мощности процессора.
Эволюция и перспективы развития АЛУ
За историю развития компьютерной техники АЛУ прошли значительный путь эволюции:
- Первые АЛУ были построены на электромеханических реле
- Затем использовались электронные лампы
- Изобретение транзисторов позволило создать компактные АЛУ
- Современные АЛУ производятся по нанометровым технологиям
Перспективные направления развития АЛУ:
- Увеличение разрядности и производительности
- Снижение энергопотребления
- Внедрение квантовых вычислений
- Создание нейроморфных АЛУ по образцу мозга
Развитие АЛУ продолжает играть важную роль в повышении производительности компьютеров и расширении их возможностей.
Арифметико-логическое устройство (АЛУ): понятия и определения
Как известно, процессор компьютера состоит из четырех базовых компонентов: арифметико-логического устройства, модуля ввода/вывода, а также блоков памяти и управления. Такую архитектуру определили еще в прошлом веке и, несмотря на то что прошло немало времени, классическая структура фон Неймана остается актуальной.
Что такое АЛУ?
Арифметико-логическое устройство – это один из компонентов процессора, который необходим для осуществления преобразований логического и арифметического типа, начиная элементарными и заканчивая сложными выражениями. Разрядность используемых операндов принято считать длиной слова, или размером.
Главная задача АЛУ заключается в переработке данных, хранящихся в оперативной памяти компьютера. Кроме того, арифметико-логическое устройство способно производить сигналы управления, которые направляют ЭВМ на выбор правильного пути для выполнения необходимого вычислительного процесса в зависимости от итоговых типов данных.
Все операции задействуют электронные схемы, каждая из которых структурно делится на тысячи элементов. Такие платы обычно быстродейственные и отличаются высокой плотностью.
В зависимости от сигналов, которые поступают на вход, АЛУ выполняют разные типы операций с двумя числами. Любое арифметико-логическое устройство компьютера предусматривает реализацию четырех базовых действий, сдвигов, а также логических преобразований. Набор операций АЛУ – это его главная характеристика.
Составные части арифметико-логического устройства – это четыре основные группы узлов, которые соответствуют процессам управления, передачи, хранения и преобразования поступающих данных.
Узлы хранения АЛУ
К этой категории относятся:
- триггеры, хранящие вспомогательные биты и разные признаки результатов;
- регистры, отвечающие за целостность операндов, промежуточных и конечных итогов.
Иногда регистры арифметико-логического устройства могут объединяться в специализированный блок памяти, а триггеры — формировать единый регистр состояния.
Простейшие логические операции в информатике
Рассмотрим элементарные понятия математической логики в информатике и базовые логические операции с…
Узлы передачи АЛУ
К этой категории относятся:
- шины, соединяющие между собой блоки устройства;
- мультиплексоры и вентили, отвечающие за выбор правильного направления выполнения операций.
Узлы преобразования АЛУ
Сюда относятся:
- сумматоры, выполняющие микрооперации;
- схемы выполнения логических действий;
- сдвигатели;
- корректоры для десятичной арифметики;
- преобразователи кода, использующиеся для получения обратных или дополнительных данных;
- счетчики для подсчета количества выполненных циклов и для реализации вспомогательных преобразований.
Узлы управления АЛУ
К этой категории объектов относятся:
- контрольный блок;
- дешифратор сигналов;
- схемы преобразования логических признаков, необходимые для формирования ветвей для выполнения микропрограмм.
Действие устройства управления процессора
Этот блок отвечает за выработку последовательности функциональных сигналов, нужной для корректного выполнения заданной команды. Как правило, такие преобразования реализуются за несколько тактов.
Управляющее устройство обеспечивает автоматическое выполнение программы. При этом задействуются необходимые координированные ответвления работы прочих составляющих компонентов машины.
За действие устройства управления отвечает базовый принцип микропрограммирования, имеющий четкое число характеристик.
Классификация АЛУ
Арифметико-логические устройства по способу оперирования переменными делят на параллельные и последовательные. Главное отличие между этими АЛУ заключается в способе представления операндов и выполнения операций.
Алу Алханов: фото, краткая биография, семья Алханова Алу…
Милиционер по призванию и по профессии, чеченец по национальности и по духу, большой патриот своей…
По характеру использования арифметико-логические устройства делят на многофункциональные и блочные.
В АЛУ первого типа для выполнения операций с различными формами преставления чисел используются одни и те же схемы, которые приспосабливаются к затребованному режиму работы с данными. В блочных устройствах все операции выполняются через распределение по видам данных. Для действий с десятичными числами, цифровыми и алфавитными полями, цифрами с плавающей или фиксированной точкой используются различные схемы. При этом арифметико-логическое устройство работает намного быстрее благодаря параллельному выполнению заданных задач. Но у них есть и недостаток – увеличенные затраты на поддержку оборудования.
Арифметико-логическое устройство по способу представления может использоваться для:
- десятичных чисел;
- чисел с плавающей точкой;
- чисел с фиксированной точкой.
Операции устройства
Структура АЛУ предполагает выполнение действий через логические функции, которые делятся на такие группы:
- десятичная арифметика;
- двоичная арифметика для цифр с четко обозначенной точкой;
- шестнадцатеричная арифметика для выражений с плавающим разделителем;
- модификация адресов команд;
- операции логического типа;
- преобразование алфавитно-цифровых полей;
- специальная арифметика.
Современные электронно-вычислительные машины способны реализовать все вышеупомянутые типы активности, а микроЭВМ не имеют такого базового функционала, поэтому наиболее сложные процедуры выполняют через подключение небольших подпрограмм.
Арифметические операции и логические процедуры
Все действия АЛУ можно условно разделить на несколько групп.
Арифметические операции включают в себя деление, умножение, вычитание модулей, обычное вычитание и сложение.
К группе логических преобразований причисляют логическое «и» и «или», то есть конъюнкцию и дизъюнкцию, а также сравнение данных на равенство. Такие процедуры, как правило, проводят над двоичными словами, состоящими из множества разрядов.
К специальным арифметическим операциям относятся нормализация, логический и арифметический сдвиги. Между этими преобразованиями есть существенная разница. Если при арифметическом сдвиге в местоположении меняют лишь цифровые разряды, то при логическом знаковый разряд присоединяется к движению.
Каждую операцию, которая происходит посредством использования арифметико-логического устройства, можно назвать последовательностью функций логического типа, которые описываются многоразрядной логикой для электронно-вычислительных машин. К примеру, для двоичных ЭВМ используется двоичная логика и так далее, вплоть до десятеричной системы.
Абсолютно у всех арифметико-логических преобразований есть собственные операнды, а результаты на выходе трактуются как битовые строки с шестнадцатью разрядами. Исключением являются лишь примитивы знакового деления DIVS. А разнообразные флаги позволяют трактовать данные на выходе как цифры со знаком минус или плюс при переполнении. Логика преобразования битов строится на арифметике по модулю. Флаг ставится, если произошли непредсказуемые изменения со знаком. К примеру, складывая два положительных числа, вы должны получить результат со знаком «+». Но если происходит перенос в знаковый бит, устанавливающий единицу, а итог получается отрицательным, то устанавливается флаг переполнения.
Логика бита переноса базируется на беззнаковой арифметике. Этот флаг устанавливается системой, если сгенерированный перенос из старшего разряда не может быть записан как результат. Этот бит АЛУ очень эффективен при использовании преобразований с многословными представлениями.
Заключение
Арифметико-логическое устройство используется для выполнения логических и арифметических преобразований над необходимыми операндами, в роли которых часто выступают команды или коды чисел. После выполнения действия результат вновь поступает в запоминающее устройство для использования в следующих вычислениях.
Тема: Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — презентация онлайн
Похожие презентации:
3D печать и 3D принтер
Видеокарта. Виды видеокарт
Анализ компании Apple
Трансформаторы тока и напряжения
Транзисторы
Устройство стиральной машины LG. Электрика
Конструкции распределительных устройств. (Лекция 15)
Электробезопасность.
Правила технической эксплуатации электроустановок
Магнитные пускатели и контакторы
Работа на радиостанциях КВ и УКВ диапазонов. Антенны военных радиостанций. (Тема 5.1)
Московский Государственный Технический
Университет
имени Н.Э. Баумана
Учебная дисциплина
Схемотехника
дискретных устройств
Тема: Арифметико-
логическое устройство (АЛУ)
2. Функциональное назначение АЛУ
АЛУ – узел электронновычислительных устройств,предназначенный для выполнения
логических, арифметических
операций и операций сравнения.
Арифметико-логические
устройства АЛУ (ALU, Arithmetic-Logic
Unit) выполняют над словами ряд
действий.
Основой АЛУ служит сумматор, схема
которого дополнена логикой,
расширяющей функциональные
возможности АЛУ и обеспечивающей его
перестройку с одной операции на другую.
4. Классификация АЛУ
По способу действия надоперандами:
— АЛУ последовательного действия,
— АЛУ параллельного действия
5.
Классификация АЛУПо виду обрабатываемых чисел:— операции над числами с
фиксированной запятой,
— операции с плавающей запятой,
— операции над двоично-десятичными
числами.
6. Классификация АЛУ
По организации действий надоперандами:
— блочные АЛУ
— многофункциональные АЛУ.
7. Классификация АЛУ
По структуре АЛУ бывают:— с непосредственными связями,
— многосвязными.
8. АЛУ как отдельная микросхема
Обычно АЛУ четырехразрядные и длянаращивания разрядности объединяются с
формированием последовательных или
параллельных переносов.
В силу самодвойственности выполняемых
операций условное обозначение и таблица
истинности АЛУ встречаются в двух
вариантах, отличающихся взаимно
инверсными значениями переменных.
9. АЛУ как отдельная микросхема
АЛУ имеет входы операндов А и В, входывыбора операций S, вход переноса Ci и вход М
(Моdе), сигнал которого задает тип выполняемых
операций: логические (М = 1) или арифметикологические (М = 0).
Результат операциивырабатывается на выходах F, выходы G и Н дают
функции генерации и прозрачности,
используемые для организаций параллельных
переносов при наращивании размерности АЛУ.
Сигнал C0 — выходной перенос, а выход А = В
есть выход сравнения на равенство с открытым
коллектором.
10. Условнее обозначение АЛУ
11. Операции АЛУ
Перечень выполняемых АЛУ операцийдан в след.таблице. Для краткости
двоичные числа s3s2s1s0 представлены их
десятичными эквивалентами. Под
утолщенными обозначениями 1 и 0
следует понимать наборы 1111 и 0000,
входной перенос поступает в младший
разряд слова, т. е. равен 000Сi. При
арифметических операциях учитываются
межразрядные переносы.
12. Операции АЛУ
13. Операции АЛУ
Шестнадцать логическихопераций позволяют воспроизводить
все функции двух переменных.
В логико-арифметических
операциях встречаются и логические
и арифметические операции
одновременно.
14. Операции АЛУ
Запись типа А\/!В + АВ следуетпонимать так: вначале поразрядно
выполняются операции
инвертирования (В), логического
сложения (А\/В) и умножения (АВ), а
затем полученные указанным
образом два четырехразрядных
числа складываются арифметически.
15. Соединение нескольких АЛУ
При операциях над словами большойразмерности АЛУ соединяются друг с
другом с организацией последовательных
или параллельных переносов.
В последнем случае совместно с АЛУ
применяют микросхемы — блоки
ускоренного переноса, получающие от
отдельных АЛУ функции генерации и
прозрачности, а также входной перенос и
вырабатывающие сигналы переноса.
16. Соединение нескольких АЛУ
17. Выходы компаратора в АЛУ
На предыдущем рисунке показаны способывыработки сигналов сравнения слов для группы
АЛУ. Выход сравнения на равенство выполняется
по схеме монтажной логики для выходов типа ОК.
Комбинируя сигнал равенства слов с сигналом
переноса на выходе группы при работе АЛУ в
режиме вычитания, легко получить функции FA≥B
и FA≤B.
Если А < В, то при вычитании возникаетзаем из старшего разряда и FA≤B = 1. Если заем
отсутствует (А>В), то получим FA≥B = 1.
English Русский Правила
404: Страница не найдена
Страница, которую вы пытались открыть по этому адресу, похоже, не существует. Обычно это результат плохой или устаревшей ссылки. Мы извиняемся за любые неудобства.
Что я могу сделать сейчас?
Если вы впервые посещаете TechTarget, добро пожаловать! Извините за обстоятельства, при которых мы встречаемся. Вот куда вы можете пойти отсюда:
- Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы сообщить, что эта страница отсутствует, или используйте поле выше, чтобы продолжить поиск
- Наша страница «О нас» содержит дополнительную информацию о сайте, на котором вы находитесь, WhatIs.com.
- Посетите нашу домашнюю страницу и просмотрите наши технические темы
Просмотр по категории
Сеть- CSU/DSU (блок обслуживания канала/блок обслуживания данных)
CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit) — аппаратное устройство размером примерно с модем.
Он преобразует цифровые данные … - потоковая передача данных
Потоковая передача данных — это непрерывная передача данных из одного или нескольких источников с постоянной высокой скоростью для обработки в определенные …
- граница службы безопасного доступа (SASE)
Пограничный сервис безопасного доступа, также известный как SASE и произносится как «дерзкий», представляет собой модель облачной архитектуры, объединяющую сеть и …
Он преобразует цифровые данные …- черный список приложений (занесение приложений в черный список)
Занесение приложений в черный список — все чаще называемое занесением в черный список приложений — представляет собой практику сетевого или компьютерного администрирования, используемую …
- соковыжималка
Juice jacking — это эксплойт безопасности, в котором зараженная зарядная станция USB используется для компрометации устройств, которые к ней подключаются.
- безопасность гипервизора
Безопасность гипервизора — это процесс обеспечения безопасности гипервизора (программного обеспечения, обеспечивающего виртуализацию) на протяжении…
- Общепринятые принципы ведения учета (Принципы)
Общепринятые принципы ведения документации — это основа для управления записями таким образом, чтобы поддерживать …
- система управления обучением (LMS)
Система управления обучением представляет собой программное приложение или веб-технологию, используемую для планирования, реализации и оценки конкретных …
- Информационный век
Информационная эпоха — это идея о том, что доступ к информации и контроль над ней являются определяющими характеристиками нынешней эпохи …
- аутсорсинг процесса подбора персонала (RPO)
Аутсорсинг процесса найма (RPO) — это когда работодатель передает ответственность за поиск потенциальных кандидатов на работу .
.. - специалист по кадрам (HR)
Специалист по персоналу — это специалист по кадрам, который выполняет повседневные обязанности по управлению талантами, сотрудникам …
- жизненный цикл сотрудника
Жизненный цикл сотрудника — это модель человеческих ресурсов, которая определяет различные этапы, через которые работник проходит в …
- Платформа Adobe Experience
Adobe Experience Platform — это набор решений для управления качеством обслуживания клиентов (CXM) от Adobe.
- виртуальный помощник (помощник ИИ)
Виртуальный помощник, также называемый помощником ИИ или цифровым помощником, представляет собой прикладную программу, которая понимает естественные …
- входящий маркетинг
Входящий маркетинг — это стратегия, направленная на привлечение клиентов или лидов с помощью созданного компанией интернет-контента, тем самым .
..
..Арифметико-логическое устройство | Что такое арифметико-логическая единица?
Арифметико-логическое устройство
Что такое арифметико-логическое устройство (АЛУ)?
В компьютерной архитектуре арифметико-логическое устройство (АЛУ) представляет собой комбинационную цифровую электронную схему и основной строительный блок всех микропроцессорных микросхем.
АЛУ по существу работает как математический мозг всех микросхем процессора. Он выполняет все арифметические и логические операции, выполняемые процессором.
Основной функцией микропроцессора ( ЦП ) является выполнение компьютерной программы. Компьютерная программа содержит набор машинных инструкций. CPU выполняет программу.
Для выполнения программы центральный процессор должен выполнить ряд арифметических и логических операций в соответствии с инструкциями программы. Эти операции выполняются АЛУ.
АЛУ является неотъемлемой частью каждого центрального процессора ( ЦП ).
ЦП также попеременно называют процессором или микропроцессором.
АЛУ также является важным компонентом графического процессора (ГП). Графический процессор — это специальный процессор, используемый для обработки графики, что повышает производительность системы.
В зависимости от архитектуры микропроцессора ЦП и ГП могут содержать один или несколько арифметических и логических блоков. ALU для GPU оптимизирован для быстрой обработки графики.
ALU является фундаментальным строительным блоком всех микропроцессоров. От простого до высокотехнологичного микропроцессора, все чипы процессора, АЛУ являются важным компонентом.
В этой статье вы узнаете, что такое арифметико-логическое устройство, как работает АЛУ, функции АЛУ, логические элементы и другие важные темы, связанные с центральным процессором (ЦП) и АЛУ.
Арифметико-логическое устройство (ALU) в компьютерной архитектуре
Арифметико-логическое устройство в компьютерной архитектуре
Содержание
- Что такое арифметико-логическое устройство?
- Архитектура АЛУ и ЦП.
- Что такое операции ALU?
- АЛУ и булева алгебра.
- Что такое логические ворота?
- Функции АЛУ.
- Арифметические и логические операции.
- Как работает арифметико-логическое устройство.
- Арифметико-логическое устройство — Часто задаваемые вопросы
- COA Другие темы.
Архитектура АЛУ и ЦП
АЛУ является важнейшим компонентом всех микросхем микропроцессора. И поэтому операции ALU лучше всего можно понять в контексте того, как работает ЦП.
ЦП означает центральный процессор и функционирует как мозг компьютерной системы. Центральный процессор — это микросхема интегральной схемы и важнейший компонент компьютерной системы.
ЦП отвечает за обработку данных в соответствии с инструкциями программы.
ЦП обеспечивает вычислительную мощность компьютера, выполняя сложные вычисления.
Процессор внутри состоит из трех функциональных блоков. Этими функциональными блоками являются блок управления (БУ), арифметико-логический блок (АЛУ) и блок памяти (БЗ).
Блок управления (CU) декодирует часть кода операции (код операции) машинной инструкции. Затем CU дает указание арифметико-логическому устройству (ALU) выполнить определенную операцию в соответствии с кодом операции.
ALU работает с частью данных (операнд) машинной инструкции, и обработанные данные сохраняются в блоке памяти (MU).
Во время выполнения программы ЦП сохраняет программные инструкции и данные во внутренней высокоскоростной памяти ЦП. Блок памяти состоит из регистров ЦП.
Что такое арифметические и логические операции?
АЛУ является частью процессора, и количество операций, поддерживаемых процессором (операций, выполняемых АЛУ), зависит от архитектуры набора команд процессора.
Современный процессор содержит высокоразвитую схему АЛУ, способную выполнять сложные арифметические и логические операции.
АЛУ называют комбинационной схемой, поскольку внутри схема АЛУ состоит из комбинации арифметического и логического блоков.
Арифметические операции
АЛУ выполняет как арифметические, так и логические операции. Арифметические операции АЛУ включают в себя все основные математические операции.
Например, арифметические операции АЛУ включают сложение, вычитание, деление, умножение и возведение в степень.
Логические операции
Все операции принятия решений, основанные на условной логике, называются логическими операциями.
Логические операции АЛУ включают в себя больше чем ( ≥ ) меньше чем ( ≤ ), сравнение, равно операции сдвига, логические операции сравнения (исключающее ИЛИ, ИЛИ, И и НЕ операции).
ALU поддерживает только бинарные операции. Арифметико-логическое устройство внутренне состоит из AU (арифметического устройства) и LU (логического устройства).
Арифметические операции АЛУ | Логические операции АЛУ |
+ Дополнение | = Равно , ≠ Не равно |
— Вычитание | > Больше Чем |
÷ Деление | < Меньше |
× Умножение | ≥ Больше или равно |
Увеличение в степени | ≤ Меньше или равно |
Арифметико-логическое устройство и булевская алгебра
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) обрабатывает три типа операций, выполняемых ЦП.
Эти три основные операции АЛУ включают арифметические, логические операции и операции сдвига.
Схемы АЛУ состоят из различных типов логических вентилей, что позволяет АЛУ выполнять логические операции. Логические вентили — это цифровые схемы и основной строительный блок всех цифровых схем.
Компьютерная система представляет собой цифровую электронную машину. Так как все электронные компоненты компьютерной системы работают на принципах цифровой электроники.
И, следовательно, компьютер может выполнять машинные инструкции в двоичном формате. Машинные инструкции представлены в двоичном формате, который содержит только две цифры, равные либо нулю, либо единице.
АЛУ выполняет логические операции с помощью логических вентилей. ALU использует различные типы логических элементов для выполнения различных логических операций.
Логический вентиль — это электронное устройство, которое служит строительным блоком для всех цифровых электронных схем. Логические элементы выполняют основные логические функции, необходимые для цифровых схем.
В цифровой схеме логические элементы будут принимать решения на основе комбинации цифровых сигналов, поступающих с ее входов. Большинство логических вентилей имеют два входа и один выход.
Логические вентили основаны на принципах булевой алгебры. В математике булева алгебра — это ветвь алгебры, в которой значения переменных являются значениями истинности.
Булева алгебра основана на двоичной системе счисления. Значение истинности бывает либо истинным, либо ложным, и оно обозначается 1 и 0 соответственно в двоичном формате.
Логические элементы принимают двоичные входы и обеспечивают один единственный двоичный выход. Есть семь основных логических вентилей, представленных определенным символом. Существует семь основных логических элементов: И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и исключающее ИЛИ.
Что такое логические вентили?
Арифметико-логическое устройство внутри состоит из двух подфункциональных блоков, которые включают в себя арифметическое устройство и логическое устройство.
Арифметический блок выполняет арифметические операции. Принимая во внимание, что логический блок выполняет логические операции, такие как принятие решений.
Когда программная инструкция содержит условную логику, ЦП должен сначала оценить условие. Дальнейшая работа процессора зависит от результата условного выражения.
Арифметико-логическое устройство выполняет условные операторы с помощью логических вентилей.
Логические элементы используются в АЛУ для принятия решений во время выполнения программы. Логические вентили позволяют электрическим выходам «включаться» только тогда, когда применяется правильная логическая последовательность.
Логический вентиль имеет специальное имя, которое помогает описать, как различные входы будут определять возможные выходы.
Чтобы понять, как работает логический вентиль, необходимо изучить таблицу логических возможностей. В булевой алгебре эта таблица называется «таблицей истинности».
В цифровой электронике таблицы истинности используются для планирования и проектирования логических элементов.
Функции АЛУ
Каковы функции АЛУ?
АЛУ — это та функциональная часть процессора, которая работает с данными. Часть Opcode формата инструкции определяет операцию, которая должна быть выполнена.
Принимая во внимание, что данные представлены операндом в формате инструкции. Часть режима адресации указывает блоку управления способ представления данных в формате инструкции.
Арифметико-логическое устройство выполняет три типа функций.
- Для работы с данными в соответствии с программной инструкцией, расшифрованной блоком управления.
- ALU выполняет арифметические операции, такие как ; сложение, вычитание, приращение, умножение и т. д.
- АЛУ выполняет логические операции, такие как ; AND , OR , X-OR , NOT и т. д.
- ALU принимает операнды из аккумулятора и временного регистра.
- АЛУ после выполнения операции сохраняет результат в аккумуляторе или во временном регистре.
- Выполняет операции побитовой логики и битового сдвига.
- Предоставляет состояния результата в регистр флагов.
- ALU также принимает решения о ветвлении.
Побитовые логические операции
Побитовые логические операции включают все основные операции принятия решений, такие как И , ИЛИ , Исключающее ИЛИ побитовое XOR,
Операции сдвига битов
Операции сдвига битов используются для перемещения битов в слева или справа в командном слове.
Существует три типа операций сдвига битов, выполняемых АЛУ. Этими операциями побитового сдвига являются логический сдвиг, арифметический сдвиг и поворот. Логическая операция сдвига битов перемещает биты влево или вправо.
Биты, которые «выпадают» из конца командного слова, отбрасываются. Падающий бит в командном слове заменяется на 0 с противоположного конца.
Как работает АЛУ?
Арифметико-логическое устройство ALU играет важную роль в выполнении программы. АЛУ является частью процессора, который выполняет математические вычисления и логические операции принятия решений.
Выполнение программы начинается, когда операционная система загружает программу в основную память RAM. Микропроцессор отвечает за выполнение программы.
ЦП инициирует выполнение программы с помощью своего внутреннего исполнительного механизма, называемого командным циклом. Командный цикл — это основная операция ЦП, состоящая из четырех шагов.
Командный цикл представляет собой четырехэтапную операцию ЦП и также называется циклом выборки, декодирования и выполнения.
ЦП инициирует выполнение программы, выбирая инструкции программы одну за другой. Программная инструкция также называется машинной инструкцией или командным словом.
Каждый раз, когда выполняется выборка инструкции, регистр счетчика программ ( PC ) увеличивается так, чтобы он указывал на адрес следующей инструкции.
Каждый процессор имеет три функциональных блока, которые включают блок управления, арифметико-логический блок и блок памяти.
Блок управления (CU) внутри процессора контролирует весь цикл выполнения, выполняемый процессором, и формирует необходимые управляющие сигналы.
Блок управления также отвечает за декодирование инструкции программы, хранящейся в регистре инструкций. Часть декодирования инструкции происходит в блоке управления в соответствии с форматом инструкции.
Часть кода операции (код операции) формата инструкции декодируется блоком управления CU для декодирования операции, которая должна быть выполнена. CU также декодирует операнд для получения данных.
После завершения операции декодирования блок управления генерирует необходимые управляющие сигналы и дает указание АЛУ выполнить требуемую операцию, как указано в коде операции.
Затем арифметико-логическое устройство (ALU) выполняет необходимые математические и логические операции с данными. Обработанные данные сохраняются в выходной регистр, а затем передаются в основную память.
Операционная система восстанавливает контроль над обработанными данными, хранящимися в основной памяти RAM, для дальнейших действий.
Конфигурации АЛУ
Арифметико-логическое устройство (АЛУ) — это один из функциональных блоков архитектуры ЦП.
Во время выполнения программы АЛУ взаимодействует с другими функциональными блоками ЦП и выполняет различные операции в соответствии с инструкциями программы.
В зависимости от архитектуры ЦП каждое арифметико-логическое устройство (АЛУ) может иметь следующие конфигурации.
В зависимости от внутренней памяти операндов ISA можно классифицировать как: Архитектура стека, накопителя и регистра общего назначения.
- Архитектура набора инструкций.
- Аккумулятор.
- Стек.
- Зарегистрируйтесь, чтобы зарегистрироваться.
- Зарегистрировать стек.
- Зарегистрировать память.
Архитектура набора инструкций
Архитектура набора инструкций (ISA) является частью архитектуры процессора. ISA определяет набор команд, поддерживаемых процессором и реализованных в микроархитектуре процессора.
Каждый микропроцессор поддерживает группу команд, жестко встроенных в схему процессора. ISA определяет набор команд, которые процессор может выполнять для выполнения программных инструкций.
Другими словами, архитектура набора инструкций представляет собой группу команд и операций, используемых программным обеспечением для связи и управления процессором. Эти команды реализованы в схеме процессора, которая представляет собой микроархитектуру.
Аккумулятор
В вычислениях аккумулятор — это тип регистра, используемый процессором для хранения краткосрочных и промежуточных данных, связанных с математическими и логическими операциями во время выполнения программы.
ЦП использует большое количество высокоскоростной внутренней памяти, называемой регистрами. В современных ЦП аккумуляторы заменены регистрами общего назначения, поскольку они обеспечивают большую гибкость. Тем не менее, аккумулятор все еще может быть в некоторых процессорах специального назначения.
Архитектура стека
В вычислениях компьютеры, основанные на организации ЦП на основе стека, используют структуру данных, называемую стеком. Стек представляет собой список слов данных.
Слово — это единица данных в битах определенной длины, которая может быть адресована и перемещена между различными запоминающими устройствами и процессором.
Система стека использует метод доступа «последним пришел — первым обслужен» (LIFO), который является наиболее часто используемым методом доступа к данным в большинстве процессоров. Регистр ЦП используется для хранения адреса самого верхнего элемента стека, известного как регистр указателя стека (SP).
В организации ЦП на основе стека операции АЛУ выполняются над данными стека. Это означает, что оба операнда всегда требуются в стеке. После обработки результат помещается в стек.
Двумя основными операциями, выполняемыми над операторами стека, являются Push и Pop. Эти две операции выполняются только с одного конца.
Архитектура регистра для регистрации
В этом типе организации ЦП на основе регистров процессор использует несколько регистров общего назначения вместо одного регистра-аккумулятора.
Эта организация ЦП также известна как общая организация ЦП на основе регистров. В этом типе организации ЦП компьютер использует два или три поля адреса в своем формате инструкций.
Каждое адресное поле указывает на регистр общего назначения или слово памяти. ЦП будет использовать доступные регистры для часто используемых переменных и промежуточных результатов. Регистр, являющийся самой быстрой памятью, увеличивает скорость выполнения ЦП.
Архитектура регистровой памяти
В этом типе организации ЦП на основе регистров и памяти процессор использует как несколько регистров общего назначения, так и обращение к памяти вместо одного регистра-аккумулятора.
Эта организация ЦП также известна как организация ЦП регистровой памяти. В этом типе организации ЦП процессор использует одно или два поля адреса регистра и ссылки на память в своем формате инструкций.
Каждое поле адреса в формате инструкции может указывать либо на регистр общего назначения, либо на слово памяти.
ЦП будет использовать либо доступные регистры, либо адрес памяти для хранения переменных и промежуточных результатов для оптимальной производительности ЦП.
Архитектура стека регистров
Архитектура стека регистров представляет собой комбинацию операций регистра и аккумулятора. В архитектуре регистрового стека все операции АЛУ, которые должны быть выполнены, помещаются на вершину стека. В то время как вывод операции ALU хранится на вершине стека.
Более сложные математические операции можно упростить, используя метод обратной полировки. Другой подход заключается в использовании концепции двоичного дерева для представления операндов. Это означает, что процесс обратной полировки может быть простым для этих программистов, но сложным для других. Для выполнения операций push-and-pop необходимо разработать новое оборудование.
Часто задаваемые вопросы по АЛУ
Часто задаваемые вопросы по арифметико-логическому устройству
Что такое арифметико-логическое устройство?
В компьютерной архитектуре арифметико-логическое устройство (ALU) представляет собой комбинационную электронную схему, которая обрабатывает арифметические и логические операции процессора.
ALU является фундаментальным строительным блоком всех микросхем микропроцессора.
АЛУ по существу работает как математический мозг центрального процессора (микросхемы процессора), который выполняет арифметические и логические операции, выполняемые процессором.
Какие компоненты АЛУ?
Компоненты АЛУ в зависимости от его архитектуры могут состоять из арифметического блока и логического блока. Арифметический блок выполняет все арифметические операции.
Логический блок обрабатывает все логические операции ЦП по принятию решений. Например, логические функции — это И , ИЛИ , Исключающее ИЛИ побитовое XOR.
Что такое процессор?
Процессор (ЦП) представляет собой интегральную схему (ИС). Процессор состоит из миллионов интегральных схем, а каждая микросхема состоит из миллионов крошечных компонентов, называемых транзисторами.
Транзистор изготовлен из кремния, полупроводникового материала.
Процессор ( ЦП ) контролирует всю деятельность компьютерной системы. И поэтому его называют мозгом компьютерной системы. Существует два основных производителя компьютерных процессоров: Intel и Advanced Micro Devices (AMD). Эти две компании производят большую часть процессоров, используемых в настольных компьютерах, ноутбуках и ноутбуках.
Центральный процессор (ЦП) выполняет миллионы задач в секунду для выполнения компьютерной программы, выполняя основные арифметические, логические, управляющие и операции ввода/вывода (В/В), как указано в инструкциях программы.
ЦП размещается на материнской плате в разъеме для процессора с механизмом блокировки печени, чтобы правильно зафиксировать микросхему процессора в разъеме для процессора. Гнездо процессора содержит гнездо IC, в котором прочно закреплена микросхема процессора. Радиатор установлен на верхней части чипа процессора, который защищает процессор от чрезмерного выделения тепла.
Каковы функции арифметико-логического блока?
Арифметико-логическое устройство выполняет три важные функции для выполнения инструкций программы и работы с данными.
Блок управления декодирует машинные инструкции и дает указание АЛУ выполнить определенную операцию.
- Для выполнения арифметических операций.
- Для выполнения побитовых логических операций.
- Для выполнения операций сдвига битов.
Что такое логические вентили?
Логические элементы представляют собой электронные компоненты, используемые в цифровой электронике для управления логическими функциями.
Логический вентиль — это электронная схема, используемая в АЛУ для вычисления функции двузначного сигнала. Логические элементы являются основным строительным блоком цифровых схем.
Логические элементы принимают два входа и производят один выход.
