Арифметико-логічний пристрій (алу) - що це?
Як відомо, процесор комп`ютера складається з чотирьох базових компонентів: арифметико-логічного пристрою, модуля введення / виводу, а також блоків пам`яті і управління. Таку архітектуру визначили ще в минулому столітті і, незважаючи на те що пройшло чимало часу, класична структура фон Неймана
Содержание
Що таке АЛУ?
Арифметико-логічний пристрій - це один з компонентів процесора, який необхідний для здійснення перетворень логічного і арифметичного типу, починаючи елементарними і закінчуючи складними виразами. Розрядність використовуваних операндів прийнято вважати довжиною слова, або розміром.
Головне завдання АЛУ полягає в переробці даних, що зберігаються в оперативній пам`яті комп`ютера. Крім того, арифметично-логічний пристрій здатний виробляти сигнали управління, які направляють ЕОМ на вибір правильного шляху для виконання необхідного обчислювального процесу в залежності від підсумкових типів даних. Всі операції задіють електронні схеми, кожна з яких структурно поділяється на тисячі елементів. Такі плати зазвичай швидкодіючі і відрізняються високою щільністю.
Залежно від сигналів, які надходять на вхід, АЛУ виконують різні типи операцій з двома числами. Будь-яке арифметично-логічний пристрій комп`ютера передбачає реалізацію чотирьох базових дій, зрушень, а також логічних перетворень. Набір операцій АЛУ - це його головна характеристика.
Складові частини арифметико-логічного пристрою - це чотири основні групи вузлів, які відповідають процесам управління, передачі, зберігання і перетворення даних, що надходять.
Вузли зберігання АЛУ
До цієї категорії відносяться:
- тригери, що зберігають допоміжні біти і різні ознаки результатів;
- регістри, що відповідають за цілісність операндів, проміжних і кінцевих підсумків.
Іноді регістри арифметико-логічного пристрою можуть об`єднуватися в спеціалізований блок пам`яті, а тригери - формувати єдиний реєстр стану.
Вузли передачі АЛУ
До цієї категорії відносяться:
- шини, що з`єднують між собою блоки пристрою;
- мультиплексори і вентилі, що відповідають за вибір правильного напрямку виконання операцій.
Вузли перетворення АЛУ
Сюди відносяться:
- суматори, що виконують мікрооперації;
- схеми виконання логічних дій;
- сдвігатель;
- коректори для десяткової арифметики;
- перетворювачі коду, що використовуються для отримання зворотних або додаткових даних;
- лічильники для підрахунку кількості виконаних циклів і для реалізації допоміжних перетворень.
Вузли управління АЛУ
До цієї категорії об`єктів відносяться:
- контрольний блок;
- дешифратор сигналів;
- схеми перетворення логічних ознак, необхідні для формування гілок для виконання мікропрограм.
Дія пристрою управління процесора
Цей блок відповідає за вироблення послідовності функціональних сигналів, потрібної для коректного виконання заданої команди. Як правило, такі перетворення реалізуються за кілька тактів.
Керуючий пристрій забезпечує автоматичне виконання програми. При цьому задіюються необхідні координовані відгалуження роботи інших складових компонентів машини.
За дію пристрою управління відповідає базовий принцип микропрограммирования, який має чітке число характеристик.
Класифікація АЛУ
Арифметико-логічні пристрої за способом оперування змінними ділять на паралельні і послідовні. Головна відмінність між цими АЛУ полягає в способі подання операндів і виконання операцій.
За характером використання арифметико-логічні пристрої ділять на багатофункціональні і блокові. В АЛП першого типу для виконання операцій з різними формами кончини чисел використовуються одні й ті ж схеми, які пристосовуються до зажадати режиму роботи з даними. У блокових пристроях всі операції виконуються через розподіл за видами даних. Для дій з десятковими числами, цифровими і алфавітними полями, цифрами з плаваючою або фіксованою точкою використовуються різні схеми. При цьому арифметично-логічний пристрій працює набагато швидше завдяки паралельному виконанню заданих завдань. Але у них є і недолік - збільшені витрати на підтримку обладнання.
Арифметико-логічний пристрій за способом представлення може використовуватися для:
- десяткових чисел;
- чисел з плаваючою точкою;
- чисел з фіксованою точкою.
операції пристрої
Структура АЛП передбачає виконання дій через логічні функції, які діляться на такі групи:
- десяткова арифметика;
- двоичная арифметика для цифр з чітко визначеною точкою;
- шестнадцатеричная арифметика для виразів з плаваючим роздільником;
- модифікація адрес команд;
- операції логічного типу;
- перетворення алфавітно-цифрових полів;
- спеціальна арифметика.
Сучасні електронно-обчислювальні машини здатні реалізувати всі вищезгадані типи активності, а мікроЕОМ не мають такого базового функціоналу, тому найбільш складні процедури виконують через підключення невеликих підпрограм.
Арифметичні операції і логічні процедури
Всі дії АЛУ можна умовно розділити на кілька груп.
Арифметичні операції включають в себе ділення, множення, віднімання модулів, звичайне віднімання і додавання.
До групи логічних перетворень зараховують логічне «і» і «чи», тобто кон`юнкцію і диз`юнкцію, а також порівняння даних на рівність. Такі процедури, як правило, проводять над двійковими словами, що складаються з безлічі розрядів.
До спеціальних арифметичних операцій відносяться нормалізація, логічний і арифметичний зрушення. Між цими перетвореннями є істотна різниця. Якщо при арифметичному зсуві в місці розташування змінюють лише цифрові розряди, то при логічному знаковий розряд приєднується до руху.
Кожну операцію, яка відбувається за допомогою використання арифметико-логічного пристрою, можна назвати послідовністю функцій логічного типу, які описуються многоразрядной логікою для електронно-обчислювальних машин. Наприклад, для довічних ЕОМ використовується двійкова логіка і так далі, аж до десяткової системи.
Абсолютно у всіх арифметико-логічних перетворень є власні операнди, а результати на виході трактуються як бітові рядки з шістнадцятьма розрядами. Винятком є лише примітиви знакового розподілу DIVS. А різноманітні прапори дозволяють трактувати дані на виході як цифри зі знаком мінус або плюс при переповненні. Логіка перетворення бітів будується на арифметиці по модулю. Прапор ставиться, якщо відбулися непередбачувані зміни зі знаком. Наприклад, складаючи два позитивних числа, ви повинні отримати результат зі знаком "+". Але якщо відбувається перенесення в знаковий біт, який встановлює одиницю, а підсумок виходить негативним, то встановлюється прапор переповнення.
Логіка біта перенесення базується на беззнакову арифметиці. Цей прапор встановлюється системою, якщо згенерований перенесення з старшого розряду не може бути записаний як результат. Цей біт АЛУ дуже ефективний при використанні перетворень з багатослівними уявленнями.
висновок
Арифметико-логічний пристрій використовується для виконання логічних і арифметичних перетворень над необхідними операндами, в ролі яких часто виступають команди або коди чисел. Після виконання дії результат знову в накопичувач для використання в наступних обчисленнях.
