В компютърната система ALU е основен компонент на централния процесор, който означава аритметично логическо устройство и изпълнява аритметични и логически операции. Известен е също като цяло число (IU), което е интегрална схема в CPU или GPU, която е последният компонент за извършване на изчисления в процесора. Той има способността да изпълнява всички процеси, свързани с аритметични и логически операции като събиране, изваждане и операции за преместване, включително булеви сравнения (операции XOR, OR, AND и NOT). Освен това двоичните числа могат да изпълняват математически и побитови операции. Аритметичното логическо устройство е разделено на AU (аритметично устройство) и LU (логическо устройство). Операндите и кодът, използвани от ALU, му казват кои операции трябва да бъдат извършени според входните данни. Когато ALU завърши обработката на входа, информацията се изпраща в паметта на компютъра.

Освен извършване на изчисления, свързани със събиране и изваждане, ALU се справят с умножението на две цели числа, тъй като са проектирани да изпълняват изчисления с цели числа; следователно неговият резултат също е цяло число. Операциите за деление обаче обикновено може да не се изпълняват от ALU, тъй като операциите за деление могат да доведат до резултат в число с плаваща запетая. Вместо това модулът с плаваща запетая (FPU) обикновено обработва операциите за разделяне; други нецелочислени изчисления също могат да се извършват от FPU.

Освен това инженерите могат да проектират ALU за извършване на всякакъв вид операции. Въпреки това, ALU става по-скъп, тъй като операциите стават по-сложни, защото ALU унищожава повече топлина и заема повече място в процесора. Това е причината да се направи мощно ALU от инженери, което дава гаранция, че процесорът е бърз и мощен.

Изчисленията, необходими на процесора, се обработват от аритметичното логическо устройство (ALU); повечето от операциите сред тях са логически по природа. Ако процесорът е направен по-мощен, който е направен на базата на ALU е проектиран. След това създава повече топлина и отнема повече мощност или енергия. Следователно трябва да има умереност между това колко сложно и мощно е ALU и да не е по-скъпо. Това е основната причина по-бързите процесори да са по-скъпи; следователно те отнемат много енергия и унищожават повече топлина. Аритметичните и логическите операции са основните операции, които се извършват от ALU; той също така извършва битови операции.

Въпреки че ALU е основен компонент в процесора, дизайнът и функцията на ALU може да са различни в различните процесори. За случая някои ALU са проектирани да извършват само цели изчисления, а други са за операции с плаваща запетая. Някои процесори включват единична аритметична логическа единица за извършване на операции, а други могат да съдържат множество ALU за извършване на изчисления. Операциите, извършвани от ALU са:

Логически операции:Логическите операции се състоят от NOR, NOT, AND, NAND, OR, XOR и др.Операции за преместване на битове:Той е отговорен за изместването на местоположенията на битовете надясно или наляво с определен брой места, които са известни като операция за умножение.Аритметични операции:Въпреки че извършва умножение и деление, това се отнася до битово събиране и изваждане. Но операциите по умножение и деление са по-скъпи за извършване. На мястото на умножението събирането може да се използва като заместител и изваждането за деление.

Сигнали на аритметична логическа единица (ALU).

Разнообразие от входни и изходни електрически връзки се съдържат в ALU, което доведе до предаване на цифровите сигнали между външната електроника и ALU.

Входът на ALU получава сигнали от външните вериги и в отговор външната електроника получава изходни сигнали от ALU.

Данни: Три паралелни шини се съдържат в ALU, които включват два входни и изходни операнда. Тези три шини обработват броя сигнали, които са еднакви.

Операционен код: Когато ALU ще изпълни операцията, се описва от кода за избор на операция какъв тип операция ALU ще изпълни аритметична или логическа операция.

Статус

Изход:Резултатите от операциите на ALU се предоставят от изходите за състояние под формата на допълнителни данни, тъй като те са множество сигнали. Обикновено сигнали за състояние като препълване, нула, изпълнение, отрицателен и други се съдържат от общи ALU. Когато ALU завърши всяка операция, външните регистри съдържат изходните сигнали за състоянието. Тези сигнали се съхраняват във външни регистри, което ги прави достъпни за бъдещи ALU операции.Вход:Когато ALU веднъж изпълни операцията, входовете за състояние позволяват на ALU достъп до допълнителна информация, за да завърши операцията успешно. Освен това, съхраненото пренасяне от предишна ALU операция е известно като единичен бит за пренасяне.

Конфигурации на ALU

Описанието на това как ALU взаимодейства с процесора е дадено по-долу. Всяка аритметична логическа единица включва следните конфигурации:

• Архитектура на набора от инструкции
• Акумулатор
• Стек
• Регистрирайте се, за да се регистрирате
• Регистрирайте стека
• Регистрирайте паметта

Акумулатор

Междинният резултат от всяка операция се съдържа от акумулатора, което означава, че архитектурата на набора от инструкции (ISA) не е по-сложна, тъй като се изисква само един бит.

Като цяло те са много бързи и по-малко сложни, но за да направят Акумулатора по-стабилен; допълнителните кодове трябва да бъдат написани, за да го запълнят с правилни стойности. За съжаление, с един процесор е много трудно да се намерят акумулатори за изпълнение на паралелизъм. Пример за акумулатор е настолният калкулатор.

Стек

Всеки път, когато се извършват най-новите операции, те се съхраняват в стека, който съдържа програмите в ред отгоре надолу, което е малък регистър. Когато новите програми се добавят за изпълнение, те натискат да поставят старите програми.

Архитектура регистър-регистър

Той включва място за 1 инструкция за местоназначение и 2 инструкции за източник, известен също като машина за работа с 3 регистъра. Тази архитектура на набора от инструкции трябва да е по-дълга за съхраняване на три операнда, 1 дестинация и 2 източника. След края на операциите записването на резултатите обратно в регистрите би било трудно, а също така дължината на думата трябва да бъде по-дълга. Това обаче може да доведе до повече проблеми със синхронизацията, ако на това място се следва правилото за обратно запис.

Компонентът MIPS е пример за архитектура от регистър към регистър. За вход той използва два операнда, а за изход използва трети отделен компонент. Пространството за съхранение е трудно за поддържане, тъй като всяко се нуждае от отделна памет; следователно трябва да бъде премиум по всяко време. Освен това може да е трудно да се извършат някои операции.

Регистрирайте се - стекова архитектура

Като цяло комбинацията от операции на регистър и акумулатор е известна като архитектура на регистър - стек. Операциите, които трябва да се извършат в архитектурата на стека на регистъра, се поставят в горната част на стека. И неговите резултати се държат в горната част на стека. С помощта на метода Reverse polish могат да бъдат разбити по-сложни математически операции. Някои програмисти, за да представят операнди, използват концепцията за двоично дърво. Това означава, че методологията за обратно полиране може да бъде лесна за тези програмисти, докато може да бъде трудна за други програмисти. За извършване на Push и Pop операции е необходимо да се създаде нов хардуер.

Регистър и памет

В тази архитектура единият операнд идва от регистъра, а другият идва от външната памет, тъй като това е една от най-сложните архитектури. Причината за това е, че всяка програма може да е много дълга, тъй като изисква да се съхранява в пълно пространство в паметта. По принцип тази технология е интегрирана с технологията Register-Register Register и на практика не може да се използва отделно.

Предимства на ALU

ALU има различни предимства, които са както следва:

• Поддържа паралелна архитектура и приложения с висока производителност.
• Той има способността да получава желания изход едновременно и да комбинира цели числа и променливи с плаваща запетая.
• Той има способността да изпълнява инструкции на много голям набор и има висок диапазон на точност.
• Две аритметични операции в един и същ код, като събиране и умножение или събиране и изваждане, или всеки два операнда могат да бъдат комбинирани от ALU. За случая A+B*C.
• По време на цялата програма те остават еднакви и са разположени така, че да не могат да прекъсват част между тях.
• Като цяло е много бърз; следователно дава резултати бързо.
• Няма проблеми с чувствителността и загуба на памет с ALU.
• Те са по-евтини и свеждат до минимум изискванията за логическа врата.

Недостатъци на ALU

Недостатъците на ALU са разгледани по-долу:

• При ALU плаващите променливи имат повече забавяния и проектираният контролер не е лесен за разбиране.

• Грешките биха възникнали в нашия резултат, ако пространството в паметта беше определено.
• Трудно е да се разберат аматьорите, тъй като веригата им е сложна; освен това концепцията за тръбопровод е сложна за разбиране.
• Доказан недостатък на ALU е, че има нередности в закъсненията.
• Друг недостатък е закръгляването, което влияе върху точността.