אלו (יחידה אריתמטית לוגית): פעולות ואדריכלות - טֶכנוֹלוֹגִיָה - 2025

ה- ALU (יחידה לוגית אריתמטית) הוא מעגל אלקטרוני שתפקידו לבצע את כל התהליכים הקשורים לנוהלי ההיגיון והחישוב המספרי. זה רשום כמרכיב הכרחי ביחידת העיבוד המרכזית (CPU) של מחשבים.

מעבדים אחרונים כוללים ALUs חזקים ומורכבים מאוד. בכמה מבני מעבד, ה- ALU מחולק ליחידה חשבון ויחידה לוגית. בנוסף ל- ALU, המעבדים של ימינו כוללים יחידת בקרה.

מקור: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=168473

מרבית פעולות המעבד מתבצעות על ידי ALU אחד או יותר, כאשר נתונים נטענים מרשומי הקלט. פנקס הוא מקום פנוי קטן לאחסון כחלק ממעבד.

יחידת הבקרה אומרת ל- ALU איזה נוהל לרוץ עם מידע זה, ושומרת את התוצאה לרשם פלט. יחידת הבקרה מבצעת העברת מידע בין ריסטרים, ALU וזיכרון.

ככל שהנהלים הופכים מורכבים יותר, ה- ALU הולך גם לתפוס יותר שטח מעבד, לעלות יותר ולייצר יותר חום.

פעולות המבוצעות על ידי ה- ALU

ה- ALU מוקדש בעיקר לביצוע פעולות לוגיות ומתמטיות, כולל פעולות העברת סיביות. אלה תהליכים בסיסיים שחייבים לבצע כמעט על כל הנתונים אותם מעבד ה- CPU.

היחידה האריתמטית הלוגית היא אותו רכיב במעבד שמבצע את כל החישובים שעשוי להיות למעבד. זהו החלק "המחושב" של המחשב, שכן הוא מבצע פעולות חשבון ולוגיות בסיסיות.

חלק ניכר מהנהלים הם בעלי אופי הגיוני. על פי התכנון של ה- ALU, ניתן לתת למעבד כוח רב יותר. עם זאת, זה גם יגרום לך להשתמש יותר אנרגיה ולייצר יותר חום.

ניתן לסווג את הפעולות השונות שמבוצעות על ידי ה- ALU באופן הבא:

פעולות לוגיות

להלן הפעולות הלוגיות השונות, כגון AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND וכו '.

פעולות חשבון

מתייחס לתוספת וחיסור של ביטים. למרות שלעתים משתמשים בכפל וחלוקה, פעולות אלה יקרות יותר לביצוע.

ניתן להשתמש בתוספת חוזרת גם כדי להחליף כפל וחיסור חוזר ותחליף חלוקה.

פעולות העברת סיביות

הכוונה להעברת עמדות הסיביות במספר מסוים של מקומות ימינה או שמאלה, שנחשבת כפעולת כפל.

יחידה אריתמטית והגיונית

ביחידה האריתמטית, הכפל והחלוקה מבוצעים על ידי סדרת פעולות של חיבור או חיסור ועל ידי הסטת החלקים. ישנן מספר דרכים לייצג מספרים שליליים.

כל אחת מ -16 פעולות לוגיות אפשריות ניתנת לביצוע בכונן הלוגי. לדוגמה, ניגודי שני אופרנדים או זיהוי היכן שהקטעים אינם תואמים.

אדריכלות ALU

ה- ALU יכול לגשת ישירות הן לקלט ולפלט ליחידת בקרת המעבד, לזיכרון הראשי, ולהתקני קלט ופלט.

נתוני הקלט והפלט מועברים דרך נתיב אלקטרוני המכונה אוטובוס. הקלט תואם הוראות, הכוללות אופרנד אחד או יותר, קוד פעולה ובמקרים מסוימים קוד פורמט.

קוד הפעולה מראה ל- ALU איזו פעולה עליו לבצע, בנוסף לאופרטים המעורבים באותה פעולה. לדוגמה, תוכל להורות לחיסור או השוואה של שני האופרטנים.

הפלט מורכב מתוצאה שתוצב בפנקס אחסון ומתצורה שתצביע האם הפעולה הצליחה. אם לא, מצב כלשהו יאוחסן במצב המכונה.

זרם הסיביות והפעולות המבוצעות עליהם בתת-יחידות ALU נשלטות על ידי מעגלי שערים.

במעגלים אלה, יחידת לוגיקה של רצף היא זו המכוונת את השערים, דרך רצף ספציפי שמתאים לכל קוד פעולה.

שערים לוגיים

כל המידע במחשב מאוחסן ומטופל בצורה של מספרים בינאריים, כלומר 0 ו- 1. מתגי טרנזיסטור משמשים לטיפול במספרים בינאריים, מכיוון שיש רק שני מצבים אפשריים במתג: פתוח או סָגוּר.

טרנזיסטור פתוח, דרכו לא עובר זרם, מייצג 0. טרנזיסטור סגור, דרכו עובר זרם, מייצג 1.

ניתן לבצע פעולות על ידי חיבור טרנזיסטורים מרובים. ניתן להשתמש בטרנזיסטור אחד כדי לנהוג בטרנזיסטור שני. לדוגמה, המתג לטרנזיסטור אחד נדלק או כבה, תלוי במצב של טרנזיסטור שני.

זה מכונה שער, מכיוון שניתן להשתמש בסידור זה כדי לאפשר או לעצור זרם חשמלי.

השערים הם אבני הבניין של ה- ALU. הם בנויים מדיודות, נגדים או טרנזיסטורים. שערים אלה משמשים במעגל המשולב לייצוג כניסה בינארית במצב "מופעל" ו"כבה ".

ה- ALU מוגדר באמצעות מעגל קומבינטורי. מעגל זה משתמש בשערי לוגיקה כגון AND, OR, NOT למבנה שלו.

ושער

לשער AND יש שתי כניסות או יותר. הפלט של שער AND הוא 1 אם כל הכניסות הן 1. שער AND מחזיר 0 אם אחד מנתוני הקלט הוא 0.

או שער

לשער OR יכולות להיות שתי כניסות או יותר. הפלט של שער OR יהיה תמיד 1 אם אחת מהכניסות היא 1 ו- 0 אם כל הכניסות הן 0.

לא שער

סוג הפעולה הפשוט ביותר הוא שער NOT. הוא משתמש רק בטרנזיסטור יחיד. הוא משתמש בכניסה יחידה ומייצר פלט יחיד, שהוא תמיד ההפך מכניסה.

השער NOT משמש כדי להפוך את התוצאה של השערים או להפוך את המצב הבוליאני מ- 0 ל- 1 ומ -1 ל- 0. הוא משמש גם לשער "AND" ו- ​​"OR".

כאשר משתמשים בו בשילוב עם שער AND או "OR", שער NOT מיוצג על ידי עיגול קטן מול שני השערים.

לאחר השימוש בשער NOT, שערי AND הופכים ל- NAND ושערי "OR" הופכים ל- NOR.

רשומות

הם מרכיב חשוב מאוד ב- ALU לאחסון הוראות, נתוני ביניים, אופרנדות הקלט, אופרנדים שנוספו, התוצאה שנצברה, המאוחסנת בצבר והתוצאה הסופית.

הרישומים מספקים גישה מהירה מאוד לזיכרון, בהשוואה למטמון, RAM ודיסק קשיח. הם בנויים במעבד והם קטנים.

הפניות

1. פול זנדברגן (2019). יחידה לוגית אריתמטית (ALU): הגדרה, עיצוב ופונקציה. לימוד. נלקח מ: study.com.
2. Techopedia (2019). יחידה לוגית אריתמטית (ALU). לקוח מ: ceilingpedia.com.
3. מרגרט רוז (2019). יחידה אריתמטית-לוגית (ALU). טכטרג'ט. לקוח מ: whatis.techtarget.com.
4. דינש תאקור (2019). מהי יחידת לוגיקה אריתמטית (ALU)? - הגדרה ומשמעות. הערות מחשב אלקטרוני. נלקח מ: ecomputernotes.com.
5. ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2019). יחידה לוגית אריתמטית. נלקח מ: en.wikipedia.org.