ALU (LOGIČKA ARITMETIČKA JEDINICA): OPERACIJE I ARHITEKTURA - TEHNOLOGIJA - 2025

ALU (Aritmetički logička jedinica) je elektronički sklop čija funkcija je provoditi sve procese koji se odnose na postupke logike i numeričko izračunavanje. Naveden je kao neizostavna sastavnica središnje procesne jedinice (CPU) računala.

Nedavni CPU-ovi uključuju vrlo moćne i složene ALU-ove. U nekim strukturama CPU-a ALU je podijeljen na aritmetičku jedinicu i logičku cjelinu. Pored ALU-a, današnji CPU-i uključuju i upravljačku jedinicu.

Izvor: CC BY-SA 3.0, Većinu operacija CPU-a obavlja jedan ili više ALU-a, kada se podaci učitavaju iz ulaznih registara. Registar je mali slobodan prostor za pohranjivanje kao dio procesora.

Upravljačka jedinica govori ALU-u u kojoj se proceduri izvršava s tim informacijama i sprema rezultat u izlazni registar. Upravljačka jedinica vrši prijenos informacija između registara, ALU i memorije.

Kako postupci postaju složeniji, ALU će također zauzeti više prostora CPU-a, koštati više i stvarati više topline.

Operacije koje provodi ALU

ALU je prije svega namijenjen izvođenju logičkih i matematičkih operacija, uključujući operacije pomaka u bitima. To su temeljni procesi koji se moraju izvesti na gotovo svim podacima koje CPU obrađuje.

Logična aritmetička jedinica je ona komponenta CPU-a koja izvodi sve proračune koji će CPU možda trebati. To je "računajući" dio računala, jer obavlja osnovne aritmetičke i logičke operacije.

Većina postupaka je logične prirode. Prema dizajnu ALU-a, CPU-u se može dati više snage. Međutim, uzrokovat će vam i upotrebu više energije i proizvodnju više topline.

Različite operacije koje provodi ALU mogu se klasificirati na sljedeći način:

Logičke operacije

Ovdje su različite logičke operacije, poput AND, ILI, NOT, XOR, NOR, NAND, itd.

Aritmetičke operacije

Odnosi se na zbrajanje i oduzimanje bita. Iako se ponekad koriste množenje i dijeljenje, ove su operacije skuplje izvoditi.

Ponavljajuće zbrajanje također se može koristiti za zamjenu množenja, a ponavljajuće oduzimanje za zamjenu za podjelu.

Operacije pomaka pomaka

Odnosi se na pomicanje položaja bita na određenom broju mjesta udesno ili ulijevo, što se smatra operacijom množenja.

Aritmetička i logička jedinica

U aritmetičkoj jedinici množenje i dijeljenje se izvodi nizom dodavanja ili oduzimanja i pomicanjem bita. Postoji nekoliko načina za predstavljanje negativnih brojeva.

Bilo koja od 16 mogućih logičkih operacija može se izvesti na logičkom pogonu. Na primjer, usporediti dva operanda ili prepoznati gdje se bitovi ne podudaraju.

ALU arhitektura

ALU može izravno pristupiti ulazu i izlazu upravljačkoj jedinici procesora, glavnoj memoriji te uređajima za ulaz i izlaz.

Ulazni i izlazni podaci prenose se putem elektroničke staze nazvane sabirnica. Ulaz odgovara uputi koja uključuje jedan ili više operanda, operacijski kod i, u nekim slučajevima, kod za format.

Operativni kôd pokazuje ALU koju bi radnju trebao izvršiti, osim operanda koji su uključeni u tu operaciju. Na primjer, možete uputiti oduzeta ili uspoređena dva operanda.

Izlaz se sastoji od rezultata koji će se smjestiti u registar za pohranu i konfiguracije koja će pokazati je li operacija bila uspješna. Ako nije, neka vrsta spremit će se u stanju stroja.

Struja bita i operacije izvedene na njima u ALU podjedinicama upravljaju krugovi vrata.

U tim je krugovima logička jedinica slijeda ona koja usmjerava kapije, kroz određeni niz koji odgovara svakom operacijskom kodu.

Logička vrata

Sve informacije u računalu pohranjuju se i rukuje u obliku binarnih brojeva, to jest 0 i 1. Tranzistorske sklopke koriste se za rukovanje binarnim brojevima, budući da u prekidaču postoje samo dva moguća stanja: otvoreno ili zatvoreno.

Otvoreni tranzistor kroz koji ne prolazi struja predstavlja 0. Zatvoreni tranzistor, kroz koji prolazi struja, predstavlja 1.

Operacije se mogu izvesti spajanjem više tranzistora. Jedan tranzistor može se koristiti za pogon drugog tranzistora. Na primjer, prekidač za jedan tranzistor uključuje se ili isključuje ovisno o stanju drugog tranzistora.

To je poznato kao vrata, jer se ovaj raspored može koristiti za dopuštanje ili zaustavljanje električne struje.

Kapije su građevni blokovi ALU-a. Grade se od dioda, otpornika ili tranzistora. Ta se vrata u integriranom krugu koriste kako bi prikazala binarni ulaz u stanju "uključeno" i "isključeno".

ALU se konfigurira kroz kombinatorni krug. Ovaj krug koristi logičke kapije kao što su AND, ILI, NOT za njegovo uobličavanje.

I vrata

Vrata AND imaju dva ili više ulaza. Izlaz vrata AND je 1 ako su svi ulazi 1. Vrata AND vraća 0 ako je bilo koji od ulaznih podataka 0.

ILI kapija

ILI vrata mogu imati dva ili više ulaza. Izlaz vrata ILI uvijek će biti 1 ako je bilo koji od ulaza 1 i 0 ako su svi ulazi 0.

NE vrata

Najjednostavnija vrsta operacije je NE vrata. Koristi samo jedan tranzistor. Koristi jedan ulaz i proizvodi jedan izlaz, koji je uvijek suprotan ulazu.

Vrata NOT koriste se za poništavanje rezultata kapija ili obrnuto stanje Boola od 0 do 1 i od 1 do 0. Koristi se i sa vratima "AND" i "OR".

Kada se koristi zajedno s vratima AND ili "ILO", vrata NOT prikazana su malim krugom ispred obaju vrata.

Nakon korištenja vrata NOT, vrata AND postaju NAND, a vrata "ILI" postaju NOR.

ploče

Oni su vrlo važna komponenta u ALU za pohranjivanje uputa, intermedijarnih podataka, ulaznih operanda, dodanih operanda, akumuliranog rezultata koji se pohranjuje u akumulator i konačnog rezultata.

Registri omogućuju vrlo brz pristup memoriji u odnosu na predmemoriju, RAM i tvrdi disk. Oni su ugrađeni u CPU i mali su.

Reference

1. Paul Zandbergen (2019.). Aritmetička logička jedinica (ALU): definicija, dizajn i funkcija. Studija. Preuzeto sa: study.com.
2. Tehopedija (2019). Aritmetička logička jedinica (ALU). Preuzeto sa: zgornja ploča.hr.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetičko-logička jedinica (ALU). Techtarget. Preuzeto sa: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Što je aritmetička logička jedinica (ALU)? - Definicija i značenje. Bilješke o elektroničkom računalu. Preuzeto sa: ecomputernotes.com.
5. Wikipedija, besplatna enciklopedija (2019). Aritmetičko logička jedinica. Preuzeto sa: en.wikipedia.org.