หน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์ (ALU) - มันคืออะไร?

ดังที่คุณทราบโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานสี่ส่วน ได้แก่ หน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์เลขที่โมดูล I / O รวมทั้งหน่วยความจำและหน่วยการจัดการ สถาปัตยกรรมนี้ถูกกำหนดไว้ในศตวรรษที่ผ่านมาและแม้ว่าจะมีหลายช่วงเวลาที่ผ่านมา แต่โครงสร้างคลาสสิคของ von Neumann ยังคงมีความเกี่ยวข้อง

ALU คืออะไร?

อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของโปรเซสเซอร์ซึ่งจำเป็นสำหรับการแปลงการแปลงตรรกะและเลขคณิตโดยเริ่มจากระดับประถมศึกษาและลงท้ายด้วยการแสดงออกที่ซับซ้อน ขนาดบิตของตัวดำเนินการที่ใช้มักถือเป็นความยาวของคำหรือขนาด

งานหลักของ ALU คือการประมวลผลข้อมูลที่เก็บอยู่ในแรมของคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตสามารถผลิตสัญญาณควบคุมที่นำคอมพิวเตอร์ไปยังทางเลือกของเส้นทางที่ถูกต้องสำหรับการดำเนินการกระบวนการคำนวณที่จำเป็นขึ้นอยู่กับชนิดข้อมูลขั้นสุดท้าย การดำเนินงานทั้งหมดเกี่ยวข้องกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งแต่ละส่วนมีโครงสร้างแบ่งออกเป็นหลายพันองค์ประกอบ แผงดังกล่าวมักจะมีความเร็วสูงและมีลักษณะความหนาแน่นสูง

ALU ดำเนินการประเภทต่างๆโดยใช้ตัวเลขสองตัวขึ้นอยู่กับสัญญาณที่ป้อน อุปกรณ์ ตรรกะเลขคณิตใด ๆ ของคอมพิวเตอร์ มีการดำเนินการตามขั้นตอนพื้นฐานสี่ประการกะและการแปลงตรรกะ ชุดของการดำเนินงานของ ALU เป็นลักษณะสำคัญ

ส่วนประกอบของหน่วยตรรกะเลขคณิตเป็นสี่กลุ่มหลักของโหนดที่สอดคล้องกับกระบวนการควบคุมการส่งการจัดเก็บและการแปลงข้อมูลขาเข้า

หน่วยเก็บข้อมูล ALU

ประเภทนี้รวมถึง:

• ทริกเกอร์ที่เก็บบิตเสริมและสัญญาณต่าง ๆ ของผลลัพธ์
• รีจิสเตอร์รับผิดชอบต่อความสมบูรณ์ของตัวถูกดำเนินการผลการค้นหาขั้นกลางและขั้นสุดท้าย

บางครั้งการลงทะเบียนของอุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตสามารถรวมกันเป็นหน่วยความจำเฉพาะบล็อกและทริกเกอร์สามารถฟอร์มทะเบียนรัฐเดียว

โหนดรับส่ง ALU

ประเภทนี้รวมถึง:

• รถประจำทางเชื่อมต่อกันของอุปกรณ์ต่าง ๆ ;
• Multiplexers และวาล์วที่รับผิดชอบในการเลือกทิศทางที่ถูกต้องของการดำเนินงาน

โหนด Conversion ALU

ซึ่งรวมถึง:

• ซัมเมอร์ที่ดำเนินการขนาดเล็ก;
• แผนปฏิบัติการลอจิก;
• จำแลง;
• Correctors สำหรับเลขทศนิยม;
• ตัวแปลงรหัสที่ใช้เพื่อรับข้อมูลผกผันหรือข้อมูลเพิ่มเติม
• ตัวนับสำหรับนับจำนวนรอบที่เสร็จสมบูรณ์และสำหรับการใช้งานการแปลงข้อมูลเสริม

ควบคุมโหนด ALU

ประเภทของวัตถุนี้รวมถึง:

• ชุดควบคุม;
• ตัวถอดรหัสสัญญาณ
• รูปแบบการแปลงลอจิกที่จำเป็นสำหรับการสร้างเฟิร์มแวร์

การทำงานของชุดควบคุมโปรเซสเซอร์

บล็อกนี้มีหน้าที่ในการสร้างลำดับของสัญญาณการทำงานที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการที่ถูกต้องของคำสั่งที่ระบุ ตามกฎแล้วการแปลงดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้หลายรอบ

อุปกรณ์ควบคุมให้การทำงานโดยอัตโนมัติของโปรแกรม ในเวลาเดียวกันจำเป็นต้องมีสาขาที่ประสานงานที่จำเป็นของส่วนประกอบอื่น ๆ ของเครื่อง

หลักการพื้นฐานของการตั้งโปรแกรมไมโครซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่ชัดเจนมีหน้าที่รับผิดชอบในการทำงานของอุปกรณ์ควบคุม

การจำแนกประเภท ALU

อุปกรณ์ตรรกศาสตร์ทางเลขคณิตโดยวิธีของตัวแปรปฏิบัติการจะแบ่งเป็นแบบขนานและลำดับ ข้อแตกต่างหลักระหว่าง ALU เหล่านี้อยู่ที่วิธีการที่ตัวดำเนินการแสดงและการดำเนินการดำเนินการ

โดยลักษณะของการใช้อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตจะแบ่งออกเป็นมัลติฟังก์ชั่นและบล็อก ใน ALU ประเภทแรกระบบจะใช้แผนเดียวกันกับการดำเนินการกับรูปแบบที่แตกต่างกันในการแสดงตัวเลขซึ่งปรับให้เข้ากับโหมดที่ร้องขอในการทำงานกับข้อมูล ในอุปกรณ์ป้องกันการดำเนินงานทั้งหมดจะดำเนินการผ่านการแจกจ่ายตามชนิดข้อมูล สำหรับการดำเนินการด้วยตัวเลขทศนิยมฟิลด์ตัวเลขและตัวอักษรตัวเลขที่มีจุดลอยหรือจุดคงที่จะใช้แผนการที่ต่างกัน ในกรณีนี้อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตจะทำงานได้เร็วขึ้นเนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานแบบขนานของงานที่กำหนด แต่พวกเขายังมีข้อเสีย - ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นสำหรับการสนับสนุนอุปกรณ์

อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตสามารถใช้สำหรับ:

• ตัวเลขทศนิยม;
• ตัวเลขลอยตัว
• ตัวเลขที่มีจุดคงที่

การดำเนินการของอุปกรณ์

โครงสร้าง ALU คาดว่าจะมีการดำเนินการผ่านการทำงานเชิงตรรกะซึ่งแบ่งออกเป็นกลุ่มดังกล่าว:

• เลขคณิตทศนิยม;
• เลขคณิตไบนารีสำหรับตัวเลขที่มีเครื่องหมายระบุชัดเจน
• เลขคณิตเลขฐานสิบหกสำหรับการแสดงออกด้วยตัวคั่นลอย
• การแก้ไขที่อยู่คำสั่ง
• การดำเนินงานประเภทตรรกะ;
• การแปลงของฟิลด์ตัวอักษรและตัวเลข
• เลขคณิตพิเศษ

คอมพิวเตอร์สมัยใหม่สามารถใช้งานกิจกรรมดังกล่าวได้ทั้งหมดและไมโครคอมพิวเตอร์ไม่ได้มีฟังก์ชันพื้นฐานดังกล่าวดังนั้นขั้นตอนที่ซับซ้อนมากที่สุดจะดำเนินการผ่านการเชื่อมต่อของโปรแกรมย่อยขนาดเล็ก

การดำเนินการเลขคณิตและขั้นตอนทางตรรกะ

การกระทำทั้งหมดของ ALU สามารถแบ่งออกได้เป็นหลายกลุ่มตามเงื่อนไข

การดำเนินการเลขคณิตประกอบด้วยการหารการคูณการลบโมดูลการหักล้างและการบวกทั่วไป

ตรรกะ "และ" และ "หรือ" ซึ่งก็คือการรวมกันและความแตกต่างเช่นเดียวกับการเปรียบเทียบข้อมูลเพื่อความเสมอภาคจะถูกจัดประเภทเป็นการแปลงตรรกะ ขั้นตอนดังกล่าวเป็นกฎจะดำเนินการมากกว่าคำไบนารีประกอบด้วยตัวเลขหลายตัว

การดำเนินการเลขคณิตพิเศษรวมถึงการเลื่อนลอยการทำให้เป็นบรรทัดฐานตรรกะและเลขคณิต มีความแตกต่างระหว่างการแปลงเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ ถ้ามีการเปลี่ยนแปลงเลขคณิตที่ตำแหน่งเพียงอย่างเดียวโดยตัวเลขดิจิทัลจากนั้นที่เครื่องหมายตรรกะตัวเลขจะถูกแนบกับการเคลื่อนไหว

การดำเนินการแต่ละครั้งที่เกิดขึ้นผ่านการใช้อุปกรณ์ตรรกะเลขคณิตสามารถเรียกว่าลำดับของฟังก์ชันของชนิดลอจิคัลซึ่งอธิบายโดยตรรกะแบบมัลติบิตสำหรับคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวอย่างเช่นคอมพิวเตอร์ไบนารีใช้ตรรกะไบนารีและอื่น ๆ จนถึงระบบทศนิยม

การแปลงเลขคณิตและตรรกะอย่างสิ้นเชิงมีตัวถูกดำเนินการของตนเองและผลลัพธ์ผลลัพธ์จะถือว่าเป็นสตริงบิตที่มีตัวเลขสิบหกหลัก ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือหลักเกณฑ์ของการแบ่งเครื่องหมายของ DIVS ความหลากหลายของธงช่วยให้คุณสามารถรักษาข้อมูลที่เอาท์พุทเป็นตัวเลขที่มีเครื่องหมายลบหรือเครื่องหมายบวกสำหรับการล้น ตรรกะของการแปลงบิตสร้างขึ้นจากการคำนวณทางคณิตศาสตร์แบบโมดูโล ธงจะถูกวางไว้หากการเปลี่ยนแปลงที่คาดไม่ถึงเกิดขึ้นพร้อมกับเครื่องหมาย ตัวอย่างเช่นการเพิ่มตัวเลขบวกสองตัวคุณจะได้รับผลลัพธ์ด้วยเครื่องหมาย "+" แต่ถ้าแบกเกิดขึ้นในบิตเครื่องหมายที่กำหนดหน่วยและผลเป็นลบแล้วตั้งค่าสถานะล้น

ตรรกะบิตการถ่ายโอนขึ้นอยู่กับเลขคณิตที่ไม่ได้ลงชื่อ ธงนี้ถูกกำหนดโดยระบบหากไม่สามารถเขียนแบกที่สร้างขึ้นจากบิตที่สูงขึ้นได้ บิต ALU นี้มีประสิทธิภาพเมื่อใช้การแปลงที่มีการแสดงหลายคำ

ข้อสรุป

อุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์เลขคณิตใช้ในการแปลงเชิงตรรกะและเลขคณิตเหนือตัวถูกดำเนินการที่จำเป็นซึ่งคำสั่งหรือรหัสของตัวเลขมักจะปรากฏขึ้น หลังจากดำเนินการเสร็จสิ้นผลลัพธ์จะถูกส่งกลับไปยังหน่วยความจำเพื่อใช้ในการคำนวณต่อไปนี้