ALU (LOGIKAI SZÁMTANI EGYSÉG): MŰVELETEK ÉS ARCHITEKTÚRA - TECHNOLÓGIA - 2026

Az ALU (aritmetikai logikai egység) egy elektronikus áramkör, amelynek a feladata a logikai és numerikus számítási eljárásokhoz kapcsolódó összes folyamat végrehajtása. Ez a számítógépek központi feldolgozó egységének (CPU) nélkülözhetetlen eleme.

A legújabb CPU-k nagyon erőteljes és összetett ALU-kat tartalmaznak. Egyes CPU struktúrákban az ALU aritmetikai egységre és logikai egységre van osztva. Az ALU mellett a mai processzorok vezérlőegységet is tartalmaznak.

Forrás: CC BY-SA 3.0, A CPU műveleteinek nagy részét egy vagy több ALU hajtja végre, amikor az adatokat bemeneti regiszterekből töltik be. A regiszter egy kis szabad hely, amelyet a CPU részeként tárolhat.

A vezérlő egység megmondja az ALU-nak, hogy milyen eljárást kell futtatni azzal az információval, és elmenti az eredményt egy kimeneti regiszterbe. A vezérlő egység elvégzi az adatok továbbítását a regiszterek, az ALU és a memória között.

Ahogy az eljárások bonyolultabbá válnak, az ALU ezenkívül több processzor helyet fog igénybe venni, többet fizet, és több hőt termel.

Az ALU által végzett műveletek

Az ALU elsősorban a logikai és matematikai műveletek végrehajtására szolgál, ideértve a biteltolódási műveleteket is. Ezek alapvető folyamatok, amelyeket a CPU szinte minden adatainál végrehajtani kell.

A logikai számtani egység a CPU azon alkotóeleme, amely elvégzi a CPU-hoz szükséges összes számítást. Ez a számítógép "kiszámító" része, mivel alapvető számtani és logikai műveleteket hajt végre.

Az eljárások nagy része logikai jellegű. Az ALU kialakítása szerint a CPU több energiát kaphat. Ugyanakkor több energiát is felhasznál, és több hőt termel.

Az ALU által végrehajtott különféle műveleteket az alábbiak szerint lehet besorolni:

Logikai műveletek

Itt vannak a különféle logikai műveletek, mint például AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND stb.

Számtani műveletek

A bitek összeadására és kivonására vonatkozik. Bár néha szorzást és osztást használnak, ezek a műveletek elvégzése drágább.

Az ismétlődő összeadás felhasználható a szorzás és az ismétlődő kivonás helyettesítésére is az osztás helyett.

Bit-eltolási műveletek

Arra utal, hogy a bitpozíciók bizonyos számú helyen jobbra vagy balra elmozdulnak, amelyet szorzásnak tekintünk.

Számtani és logikai egység

A számtani egységben a szorzást és osztásos összeadási vagy kivonási műveletek sorozatával és a bitek eltolásával hajtják végre. A negatív számok ábrázolására többféle mód van.

A 16 lehetséges logikai művelet bármelyike ​​végrehajtható a logikai meghajtón. Például két operandus kontrasztja vagy annak felismerése, ahol a bit nem egyezik.

ALU architektúra

Az ALU közvetlenül hozzáférhet mind a bemenethez, mind a kimenethez a processzor vezérlőegységéhez, a fő memóriához, valamint a bemeneti és kimeneti eszközökhöz.

A bemeneti és kimeneti adatokat egy buszon nevezett elektronikus úton továbbítják. A bemenet egy utasításnak felel meg, amely egy vagy több operandust, egy műveletkódot és bizonyos esetekben egy formátumkódot tartalmaz.

A műveleti kód megmutatja az ALU-nak, hogy milyen műveletet kell végrehajtania, az abban a műveletben részt vevő operandusok mellett. Például utasíthatja a két operandus kivonására vagy összehasonlítására.

A kimenet egy eredményből kerül beillesztésre a tároló nyilvántartásba, és egy olyan konfigurációból áll, amely jelzi, hogy a művelet sikeres volt-e. Ha nem, akkor valamilyen állapotot tárolunk a gép állapotában.

A bitfolyamot és az ALU alegységeken végrehajtott műveleteket kapuáramkörök vezérlik.

Ezekben az áramkörökben a logikai sorozat egység az, amely a kapukat az egyes műveleti kódoknak megfelelő meghatározott sorozaton keresztül irányítja.

Logikai kapuk

A számítógépen lévő összes információt bináris számok formájában tárolják és kezelik, azaz 0 és 1. A tranzisztorkapcsolókat bináris számok kezelésére használják, mivel egy kapcsolónak csak két lehetséges állapota van: nyitott vagy zárva.

Egy nyitott tranzisztor, amelyen keresztül nem halad át áram, 0-ot jelent. A zárt tranzisztor, amelyen keresztül az áram halad, egy 1-t jelent.

A műveletek több tranzisztor csatlakoztatásával valósíthatók meg. Az egyik tranzisztor használható egy második tranzisztor meghajtására. Például az egyik tranzisztor kapcsolója be- vagy kikapcsol, a második tranzisztor állapotától függően.

Ezt kapunak nevezzük, mivel ez az elrendezés felhasználható az elektromos áram engedélyezésére vagy leállítására.

A kapuk az ALU építőkövei. Diódákból, ellenállásokból vagy tranzisztorokból készülnek. Ezeket a kapukat az integrált áramkörben egy bináris bemenet "be" és "ki" állapotának jelzésére használják.

Az ALU kombinatorikus áramkörön keresztül konfigurálható. Ez az áramkör olyan logikai kapukat használ, mint például AND, OR, NOT az átalakuláshoz.

ÉS kapu

Az ÉS kapu két vagy több bemenettel rendelkezik. Az AND kapu kimenete 1, ha az összes bemenet 1. Az AND kapu 0-t ad vissza, ha a bemeneti adatok bármelyike ​​0.

VAGY kapu

Az OR-kapunak lehet két vagy több bemenete. Az OR kapu kimenete mindig 1, ha a bemenetek száma 1, és 0, ha az összes bemenet 0.

NEM kapu

A legegyszerűbb művelet egy NOT kapu. Csak egyetlen tranzisztort használ. Egyetlen bemenetet használ, és egyetlen kimenetet hoz létre, amely mindig ellentétes a bemenettel.

A NOT kaput arra használják, hogy a kapuk eredményét megfordítsák, vagy a logikai állapotot 0-ról 1-re és 1-re fordítsák. Ezt az "AND" és "OR" kapuval is használják.

Ha az ÉS vagy az "VAGY" kapuval együtt használják, akkor a NEM kaput egy kis kör reprezentálja mindkét kapu elõtt.

A NEM kapu használata után az ÉS kapuk NEM lesznek, és az "VAGY" kapuk NEM válnak.

Records

Ezek nagyon fontos elemei az ALU-ban az utasítások, a közbenső adatok, a bemeneti operandusok, a hozzáadott operandusok, az akkumulátorban tárolt összesített eredmény és a végeredmény tárolására.

A regiszterek nagyon gyors hozzáférést biztosítanak a memóriához, mint a gyorsítótár, a RAM és a merevlemez. CPU-ban vannak beépítve és kicsi.

Irodalom

1. Paul Zandbergen (2019). Aritmetikai logikai egység (ALU): meghatározás, kialakítás és funkció. Tanulmány. Forrás: study.com.
2. Techopedia (2019). Számtani logikai egység (ALU). Feltöltve: roofpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Számtani-logikai egység (ALU). TechTarget. Forrás: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Mi az a számtani logikai egység (ALU)? - Meghatározás és jelentés. Számítógépes megjegyzések. Forrás: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, a szabad enciklopédia (2019). Számtani logikai egység. Forrás: en.wikipedia.org.