У комп’ютерній системі ALU є основним компонентом центрального процесора, який розшифровується як арифметико-логічний пристрій і виконує арифметичні та логічні операції. Він також відомий як цілочисельна одиниця (IU), яка є інтегральною схемою в ЦП або ГП, яка є останнім компонентом для виконання обчислень у процесорі. Він має можливість виконувати всі процеси, пов’язані з арифметичними та логічними операціями, такими як операції додавання, віднімання та зсуву, включаючи логічні порівняння (операції XOR, OR, AND та NOT). Крім того, двійкові числа можуть виконувати математичні та побітові операції. Арифметико-логічний пристрій поділяється на AU (арифметичний пристрій) і LU (логічний пристрій). Операнди та код, що використовуються ALU, повідомляють йому, які операції потрібно виконати відповідно до вхідних даних. Коли ALU завершує обробку введених даних, інформація надсилається в пам'ять комп'ютера.
Крім виконання обчислень, пов’язаних із додаванням і відніманням, ALU обробляють множення двох цілих чисел, оскільки вони призначені для виконання цілочисельних обчислень; отже, його результат також є цілим числом. Однак операції ділення зазвичай не можуть виконуватися ALU, оскільки операції ділення можуть давати результат у вигляді числа з плаваючою комою. Натомість блок з плаваючою комою (FPU) зазвичай обробляє операції ділення; FPU також може виконувати інші нецілочисельні обчислення.
Крім того, інженери можуть розробити ALU для виконання будь-яких операцій. Однак ALU стає дорожчим, оскільки операції стають складнішими, оскільки ALU знищує більше тепла та займає більше місця в ЦП. Це причина, щоб інженери створили потужний ALU, який гарантує, що ЦП також швидкий і потужний.
Обчислення, необхідні центральному процесору, обробляються арифметико-логічним пристроєм (ALU); більшість операцій серед них мають логічний характер. Якщо центральний процесор робиться більш потужним, то на основі якого розроблено АЛУ. Тоді він створює більше тепла і споживає більше енергії. Тому потрібно бути поміркованим між тим, наскільки складним і потужним є АЛУ, і не бути дорожчим. Це основна причина того, що швидші ЦП є дорожчими; отже, вони забирають багато енергії та знищують більше тепла. Арифметичні та логічні операції є основними операціями, які виконує АЛУ; він також виконує операції зсуву бітів.
Хоча ALU є основним компонентом процесора, дизайн і функції ALU можуть відрізнятися в різних процесорах. Наприклад, деякі ALU призначені для виконання лише цілочисельних обчислень, а деякі – для операцій з плаваючою комою. Деякі процесори включають один арифметико-логічний блок для виконання операцій, а інші можуть містити численні ALU для виконання обчислень. Операції, які виконує ALU:
Сигнали арифметичного логічного пристрою (ALU).
АЛУ містить різноманітні вхідні та вихідні електричні з’єднання, що призвело до передачі цифрових сигналів між зовнішньою електронікою та АЛУ.
Вхід ALU отримує сигнали від зовнішніх ланцюгів, і у відповідь зовнішня електроніка отримує вихідні сигнали від ALU.
дані: Три паралельні шини містяться в ALU, які містять два вхідних і вихідних операнда. Ці три шини обробляють однакову кількість сигналів.
Код операції: Коли ALU збирається виконати операцію, це описується кодом вибору операції, який тип операції ALU збирається виконувати арифметичну чи логічну операцію.
Статус
Конфігурації АЛУ
Нижче наведено опис того, як ALU взаємодіє з процесором. Кожен арифметико-логічний пристрій включає наступні конфігурації:
- Архітектура набору інструкцій
- Акумулятор
- Стек
- Зареєструватися, щоб зареєструватися
- Стек реєстрації
- Зареєструвати пам'ять
Акумулятор
Проміжний результат кожної операції міститься в накопичувачі, що означає, що архітектура набору інструкцій (ISA) не є більш складною, оскільки потрібно зберігати лише один біт.
Як правило, вони набагато швидкі та менш складні, але для того, щоб зробити накопичувач більш стабільним; потрібно написати додаткові коди, щоб заповнити його належними значеннями. На жаль, з одним процесором дуже важко знайти накопичувачі для виконання паралелізму. Прикладом накопичувача є настільний калькулятор.
Стек
Щоразу, коли виконуються останні операції, вони зберігаються в стеку, який містить програми в порядку зверху вниз, який є невеликим реєстром. Коли нові програми додаються для виконання, вони натискають на розміщення старих програм.
Архітектура реєстру-реєстру
Він містить місце для 1 інструкції призначення та 2 інструкцій джерела, також відомий як 3-регістрова операційна машина. Ця архітектура набору інструкцій повинна мати більшу довжину для зберігання трьох операндів, 1 призначення та 2 джерел. Після завершення операцій записати результати назад до реєстрів буде складно, а також довжина слова повинна бути довшою. Однак це може призвести до додаткових проблем із синхронізацією, якщо в цьому місці буде дотримуватися правила зворотного запису.
Компонент MIPS є прикладом архітектури від реєстру до реєстру. Для введення він використовує два операнди, а для виведення використовує третій окремий компонент. Місце для зберігання важко підтримувати, оскільки кожному потрібна окрема пам’ять; тому він завжди має бути преміум-класу. Крім того, може бути важко виконати деякі операції.
Реєстр - стекова архітектура
Загалом комбінація операцій реєстру та накопичувача відома як архітектура реєстр – стек. Операції, які необхідно виконати в архітектурі стека регістрів, поміщаються на вершину стека. І його результати зберігаються у верхній частині стека. За допомогою методу зворотного полірування можна розбити складніші математичні операції. Деякі програмісти для представлення операндів використовують концепцію бінарного дерева. Це означає, що методологія зворотного полірування може бути легкою для цих програмістів, тоді як вона може бути важкою для інших програмістів. Щоб виконувати операції Push і Pop, необхідно створити нове обладнання.
Реєстр і пам'ять
У цій архітектурі один операнд надходить із реєстру, а інший – із зовнішньої пам’яті, оскільки це одна з найскладніших архітектур. Причина цього полягає в тому, що кожна програма може бути дуже довгою, оскільки їй потрібно зберігати повний простір пам’яті. Як правило, ця технологія інтегрована з технологією Register-Register Register і практично не може використовуватися окремо.
Переваги АЛУ
ALU має ряд переваг, які полягають у наступному:
- Він підтримує паралельну архітектуру та програми з високою продуктивністю.
- Він має можливість одночасно отримувати бажаний результат і комбінувати цілі змінні та змінні з плаваючою комою.
- Він має можливість виконувати інструкції на дуже великому наборі та має високий діапазон точності.
- Дві арифметичні операції в одному коді, такі як додавання та множення або додавання та віднімання, або будь-які два операнди можуть бути об’єднані ALU. Для випадку A+B*C.
- Протягом всієї програми вони залишаються рівномірними та розподілені таким чином, щоб не переривати частину між ними.
- Загалом, це дуже швидко; отже, він швидко забезпечує результати.
- З ALU немає проблем із чутливістю та втратою пам’яті.
- Вони менш дорогі та мінімізують вимоги до логічних воріт.
Недоліки АЛУ
Недоліки ALU обговорюються нижче:
- З ALU плаваючі змінні мають більше затримок, і розроблений контролер нелегко зрозуміти.
- Помилки виникли б у нашому результаті, якби простір пам’яті був певним.
- Дилетантів важко зрозуміти, оскільки їх схема складна; Крім того, концепція конвеєрної обробки є складною для розуміння.
- Доведеним недоліком ALU є нерівномірність затримок.
- Іншим недоліком є заокруглення, що впливає на точність.