- Operaties uitgevoerd door de ALU
- Logische bewerkingen
- Rekenkundige bewerkingen
- Bit shift operaties
- Rekenkundige en logische eenheid
- ALU-architectuur
- Logische poorten
- EN poort
- OF poort
- NIET poort
- Records
- Referenties
De ALU (Arithmetic Logical Unit) is een elektronisch circuit waarvan de functie is om alle processen uit te voeren die verband houden met de procedures van logische en numerieke berekening. Het wordt vermeld als een onmisbaar onderdeel van de centrale verwerkingseenheid (CPU) van computers.
Recente CPU's bevatten zeer krachtige en complexe ALU's. In sommige CPU-structuren is de ALU verdeeld in een rekenkundige eenheid en een logische eenheid. Naast de ALU bevatten de huidige CPU's een besturingseenheid.
Bron: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=168473
De meeste bewerkingen van een CPU worden uitgevoerd door een of meer ALU's, wanneer gegevens worden geladen uit invoerregisters. Een kassa is een kleine vrije ruimte om op te slaan als onderdeel van een CPU.
De besturingseenheid vertelt de ALU welke procedure met die informatie moet worden uitgevoerd en slaat het resultaat op in een uitvoerregister. De besturingseenheid zorgt voor de overdracht van informatie tussen registers, ALU en geheugen.
Naarmate procedures complexer worden, gaat de ALU ook meer CPU-ruimte in beslag nemen, meer kosten en meer warmte genereren.
Operaties uitgevoerd door de ALU
De ALU is primair bedoeld voor het uitvoeren van logische en wiskundige bewerkingen, inclusief bitverschuivingsbewerkingen. Dit zijn fundamentele processen die moeten worden uitgevoerd op bijna alle gegevens die de CPU verwerkt.
De logische rekeneenheid is dat onderdeel van de CPU dat alle berekeningen uitvoert die de CPU nodig heeft. Het is het "berekenende" deel van de computer, aangezien het elementaire rekenkundige en logische bewerkingen uitvoert.
Veel van de procedures zijn logisch van aard. Volgens het ontwerp van de ALU kan de CPU meer vermogen krijgen. Het zorgt er echter ook voor dat u meer energie verbruikt en meer warmte produceert.
De verschillende bewerkingen die door de ALU worden uitgevoerd, kunnen als volgt worden geclassificeerd:
Logische bewerkingen
Hier zijn de verschillende logische bewerkingen, zoals AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.
Rekenkundige bewerkingen
Verwijst naar het optellen en aftrekken van bits. Hoewel vermenigvuldigen en delen soms worden gebruikt, zijn deze bewerkingen duurder om uit te voeren.
Herhaald optellen kan ook worden gebruikt om vermenigvuldiging te vervangen en herhaald aftrekken om delen te vervangen.
Bit shift operaties
Het verwijst naar het verschuiven van de bitposities op een bepaald aantal plaatsen naar rechts of naar links, wat wordt beschouwd als een vermenigvuldigingsoperatie.
Rekenkundige en logische eenheid
In de rekeneenheid worden vermenigvuldiging en deling uitgevoerd door een reeks optel- of aftrekbewerkingen en door de bits te verschuiven. Er zijn verschillende manieren om negatieve getallen weer te geven.
Elk van de 16 mogelijke logische bewerkingen kan worden uitgevoerd op de logische schijfeenheid. Bijvoorbeeld het contrasteren van twee operanden of herkennen waar de bits niet overeenkomen.
ALU-architectuur
De ALU heeft rechtstreeks toegang tot zowel invoer als uitvoer naar de processorregeleenheid, het hoofdgeheugen en invoer- en uitvoerapparaten.
De invoer- en uitvoergegevens worden verzonden via een elektronisch pad dat een bus wordt genoemd. De invoer komt overeen met een instructie, die een of meer operanden, een operatiecode en, in sommige gevallen, een formaatcode bevat.
De operatiecode laat de ALU zien welke actie het moet uitvoeren, naast de operanden die bij die operatie zijn betrokken. U kunt bijvoorbeeld de opdracht geven om de twee operanden af te trekken of te vergelijken.
De uitvoer bestaat uit een resultaat dat in een opslagregister wordt geplaatst en een configuratie die aangeeft of de bewerking is geslaagd. Als dit niet het geval is, wordt een soort staat opgeslagen in de machinetoestand.
De bitstroom en de bewerkingen die daarop worden uitgevoerd in de ALU-subeenheden worden bestuurd door poortschakelingen.
In deze circuits is een sequentielogische eenheid degene die de poorten door een specifieke sequentie leidt die overeenkomt met elke operatiecode.
Logische poorten
Alle informatie op een computer wordt opgeslagen en verwerkt in de vorm van binaire getallen, dat wil zeggen 0 en 1. Transistorswitches worden gebruikt om binaire getallen te verwerken, aangezien er slechts twee mogelijke toestanden zijn in een switch: open of Gesloten.
Een open transistor, waar geen stroom doorheen gaat, stelt een 0 voor. Een gesloten transistor waar stroom doorheen gaat, vertegenwoordigt een 1.
Bewerkingen kunnen worden uitgevoerd door meerdere transistors aan te sluiten. Een transistor kan worden gebruikt om een tweede transistor aan te sturen. De schakelaar voor één transistor wordt bijvoorbeeld in- of uitgeschakeld, afhankelijk van de toestand van een tweede transistor.
Dit staat bekend als een poort, omdat deze opstelling kan worden gebruikt om elektrische stroom toe te staan of te stoppen.
De poorten zijn de bouwstenen van de ALU. Ze zijn opgebouwd uit diodes, weerstanden of transistors. Deze poorten worden gebruikt in de geïntegreerde schakeling om een binaire ingang voor te stellen als "aan" en "uit" toestand.
De ALU is geconfigureerd via een combinatorisch circuit. Dit circuit gebruikt logische poorten zoals EN, OF, NIET voor zijn conformatie.
EN poort
De EN-poort heeft twee of meer ingangen. De uitvoer van de EN-poort is 1 als alle ingangen 1 zijn. De EN-poort retourneert 0 als een van de invoergegevens 0 is.
OF poort
De OF-poort kan twee of meer ingangen hebben. De uitvoer van de OF-poort is altijd 1 als een van de ingangen 1 is en 0 als alle ingangen 0 zijn.
NIET poort
De eenvoudigste manier van werken is een NIET-poort. Het gebruikt slechts een enkele transistor. Het gebruikt een enkele input en produceert een enkele output, die altijd het tegenovergestelde is van de input.
De NOT-poort wordt gebruikt om het resultaat van de poorten om te keren of de Booleaanse toestand om te keren van 0 naar 1 en van 1 naar 0. Het wordt ook gebruikt met de "EN" en "OF" -poort.
Bij gebruik in combinatie met de EN- of "OF" -poort, wordt de NIET-poort weergegeven door een kleine cirkel voor beide poorten.
Na gebruik van de NIET-poort, worden de EN-poorten NAND en worden de "OF" -poorten NOR.
Records
Ze zijn een zeer belangrijke component in de ALU om instructies, tussentijdse gegevens, de invoeroperanden, de operanden die worden toegevoegd, het geaccumuleerde resultaat, dat wordt opgeslagen in een accumulator, en het uiteindelijke resultaat op te slaan.
Registers bieden een zeer snelle toegang tot geheugen in vergelijking met cache, RAM en harde schijf. Ze zijn ingebouwd in CPU en zijn klein.
Referenties
- Paul Zandbergen (2019). Rekenkundige logische eenheid (ALU): definitie, ontwerp en functie. Studie. Genomen uit: study.com.
- Techopedia (2019). Rekenkundige logische eenheid (ALU). Genomen van: ceilingpedia.com.
- Margaret Rouse (2019). Rekenkundige-logische eenheid (ALU). Techtarget. Ontleend aan: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019). Wat is een rekenkundige logische eenheid (ALU)? - Definitie en betekenis. Ecomputer-opmerkingen. Overgenomen van: ecomputernotes.com.
- Wikipedia, de gratis encyclopedie (2019). Rekenkundige logische eenheid. Ontleend aan: en.wikipedia.org.