Datorsistēmā ALU ir galvenā centrālā procesora bloka sastāvdaļa, kas apzīmē aritmētisko loģisko bloku un veic aritmētiskās un loģiskās darbības. To sauc arī par veselu skaitļu vienību (IU), kas ir CPU vai GPU integrēta shēma, kas ir pēdējais komponents, kas procesorā veic aprēķinus. Tam ir iespēja veikt visus procesus, kas saistīti ar aritmētiskām un loģiskām operācijām, piemēram, saskaitīšanas, atņemšanas un pārvietošanas operācijām, ieskaitot Būla salīdzinājumus (operācijas XOR, OR, AND un NOT). Arī binārie skaitļi var veikt matemātiskas un bitu darbības. Aritmētiskā loģiskā vienība ir sadalīta AU (aritmētiskā vienība) un LU (loģiskā vienība). ALU izmantotie operandi un kods norāda, kuras darbības ir jāveic saskaņā ar ievades datiem. Kad ALU pabeidz ievades apstrādi, informācija tiek nosūtīta uz datora atmiņu.
Izņemot aprēķinus, kas saistīti ar saskaitīšanu un atņemšanu, ALU apstrādā divu veselu skaitļu reizināšanu, jo tie ir paredzēti veselu skaitļu aprēķinu veikšanai; tātad arī tā rezultāts ir vesels skaitlis. Tomēr dalīšanas darbības parasti nevar veikt ALU, jo dalīšanas operācijas var iegūt rezultātu peldošā komata skaitlis. Tā vietā peldošā komata vienība (FPU) parasti apstrādā dalīšanas darbības; FPU var veikt arī citus aprēķinus, kas nav veseli skaitļi.
Turklāt inženieri var izstrādāt ALU, lai veiktu jebkāda veida darbības. Tomēr ALU kļūst dārgāks, jo darbības kļūst sarežģītākas, jo ALU iznīcina vairāk siltuma un aizņem vairāk vietas CPU. Tas ir iemesls, kāpēc inženieri ir izstrādājuši jaudīgu ALU, kas nodrošina garantiju, ka CPU ir arī ātrs un jaudīgs.
CPU nepieciešamos aprēķinus apstrādā aritmētiskā loģiskā vienība (ALU); vairums no tām veikto darbību pēc būtības ir loģiskas. Ja centrālais procesors ir padarīts jaudīgāks, tas ir izgatavots, pamatojoties uz ALU, ir paredzēts. Tad tas rada vairāk siltuma un paņem vairāk enerģijas vai enerģijas. Tāpēc ALU sarežģītībai un jaudīgajai ir jābūt mērenai, nevis dārgākai. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc ātrāki CPU ir dārgāki; tāpēc tie paņem daudz enerģijas un iznīcina vairāk siltuma. Aritmētiskās un loģiskās darbības ir galvenās darbības, kuras veic ALU; tā veic arī bitu maiņas darbības.
Lai gan ALU ir galvenā procesora sastāvdaļa, ALU dizains un funkcija dažādos procesoros var atšķirties. Gadījumā daži ALU ir paredzēti tikai veselu skaitļu aprēķinu veikšanai, un daži ir paredzēti peldošā komata operācijām. Dažos procesoros ir iekļauta viena aritmētiskā loģiskā vienība darbību veikšanai, savukārt citos procesoros var būt daudz ALU, lai pabeigtu aprēķinus. ALU veic šādas darbības:
Aritmētiskās loģiskās vienības (ALU) signāli
ALU satur dažādus ieejas un izejas elektriskos savienojumus, kas noveda pie digitālo signālu pārsūtīšanas starp ārējo elektroniku un ALU.
ALU ieeja saņem signālus no ārējām shēmām, savukārt ārējā elektronika saņem signālus no ALU.
Dati: ALU satur trīs paralēlas kopnes, kas ietver divus ieejas un izejas operandus. Šie trīs autobusi apstrādā signālu skaitu, kas ir vienādi.
Opkods: Kad ALU veiks operāciju, ar operācijas atlases kodu tiek aprakstīts, kāda veida operāciju ALU veiks aritmētisko vai loģisko darbību.
Statuss
ALU konfigurācijas
Tālāk ir sniegts apraksts par to, kā ALU mijiedarbojas ar procesoru. Katra aritmētiskā loģiskā vienība ietver šādas konfigurācijas:
mylivecricket spēlē dzīvajā kriketā
- Instrukciju komplekta arhitektūra
- Akumulators
- Kaudze
- Reģistrējieties, lai reģistrētos
- Reģistrēties Stack
- Reģistrēt atmiņu
Akumulators
Katras darbības starprezultātu satur akumulators, kas nozīmē, ka instrukciju kopas arhitektūra (ISA) nav sarežģītāka, jo tajā ir jāietur tikai viens bits.
Parasti tie ir daudz ātri un mazāk sarežģīti, taču tie padara akumulatoru stabilāku; papildu kodi ir jāraksta, lai to aizpildītu ar atbilstošām vērtībām. Diemžēl ar vienu procesoru ir ļoti grūti atrast akumulatorus, lai izpildītu paralēlismu. Akumulatora piemērs ir galda kalkulators.
Kaudze
Ikreiz, kad tiek veiktas jaunākās darbības, tās tiek saglabātas kaudzē, kurā programmas tiek glabātas secībā no augšas uz leju, kas ir neliels reģistrs. Kad jaunās programmas tiek pievienotas izpildei, tās spiež ievietot vecās programmas.
Reģistrēties-reģistrēt arhitektūru
Tajā ir iekļauta vieta 1 mērķa instrukcijai un 2 avota instrukcijām, kas pazīstamas arī kā 3 reģistru darbības iekārta. Šai instrukciju kopas arhitektūrai ir jābūt garākai, lai saglabātu trīs operandus, 1 galamērķi un 2 avotus. Pēc darbību beigām rezultātu ierakstīšana atpakaļ Reģistros būtu sarežģīta, un arī vārda garumam vajadzētu būt garākam. Tomēr tas var radīt vairāk problēmu ar sinhronizāciju, ja šajā vietā tiktu ievērots atrakstīšanas noteikums.
MIPS komponents ir reģistra-reģistra arhitektūras piemērs. Ievadei tas izmanto divus operandus, un izvadei tas izmanto trešo atšķirīgu komponentu. Uzglabāšanas vietu ir grūti uzturēt, jo katram ir nepieciešama atsevišķa atmiņa; tāpēc tai vienmēr ir jābūt augstākās kvalitātes. Turklāt var būt grūti veikt dažas darbības.
Reģistrēties - Stack Architecture
Parasti reģistra un akumulatora darbību kombinācija ir pazīstama kā reģistrs — skursteņa arhitektūra. Operācijas, kas jāveic reģistra steka arhitektūrā, tiek nospiestas steka augšpusē. Un tā rezultāti tiek turēti kaudzes augšdaļā. Izmantojot Reverse slīpēšanas metodi, var sadalīt sarežģītākas matemātiskas darbības. Daži programmētāji, lai attēlotu operandus, izmanto binārā koka jēdzienu. Tas nozīmē, ka apgrieztā slīpēšanas metodika šiem programmētājiem var būt vienkārša, savukārt citiem programmētājiem tā var būt sarežģīta. Lai veiktu Push un Pop darbības, ir jāizveido jauna aparatūra.
Reģistrācija un atmiņa
Šajā arhitektūrā viens operands nāk no reģistra, bet otrs nāk no ārējās atmiņas, jo tā ir viena no sarežģītākajām arhitektūrām. Iemesls tam ir tāds, ka katra programma var būt ļoti gara, jo to nepieciešams turēt pilnā atmiņas vietā. Parasti šī tehnoloģija ir integrēta ar reģistra-reģistra reģistra tehnoloģiju un praktiski nav izmantojama atsevišķi.
ALU priekšrocības
ALU ir dažādas priekšrocības, kas ir šādas:
- Tā atbalsta paralēlu arhitektūru un lietojumprogrammas ar augstu veiktspēju.
- Tam ir iespēja vienlaikus iegūt vēlamo izvadi un apvienot veselu skaitļu un peldošā komata mainīgos.
- Tas spēj izpildīt norādījumus ļoti lielā komplektā, un tam ir augsts precizitātes diapazons.
- ALU var apvienot divas aritmētiskās darbības vienā kodā, piemēram, saskaitīšanu un reizināšanu vai saskaitīšanu un atņemšanu, vai jebkurus divus operandus. Gadījumā A+B*C.
- Visā programmā tie paliek vienādi un ir izvietoti tā, lai starp tiem nevarētu pārtraukt daļu.
- Kopumā tas ir ļoti ātrs; tādējādi tas nodrošina rezultātus ātri.
- Izmantojot ALU, nav jutīguma problēmu un atmiņas zuduma.
- Tie ir lētāki un samazina loģisko vārtu prasības.
ALU trūkumi
ALU trūkumi ir apskatīti zemāk:
- Izmantojot ALU, peldošajiem mainīgajiem ir vairāk aizkaves, un izstrādāto kontrolieri nav viegli saprast.
- Kļūdas rastos mūsu rezultātos, ja būtu noteikta atmiņas vieta.
- Ir grūti saprast amatierus, jo viņu ķēde ir sarežģīta; arī cauruļvadu jēdziens ir sarežģīti saprotams.
- Pierādīts ALU trūkums ir latentuma pārkāpumi.
- Vēl viens trūkums ir noapaļošana, kas ietekmē precizitāti.