U računalnom sustavu ALU je glavna komponenta središnje procesorske jedinice, što je skraćenica za aritmetičko-logičku jedinicu i koja obavlja aritmetičke i logičke operacije. Također je poznata kao cjelobrojna jedinica (IU) koja je integrirani krug unutar CPU-a ili GPU-a, a koja je posljednja komponenta za izvođenje izračuna u procesoru. Ima sposobnost obavljanja svih procesa povezanih s aritmetičkim i logičkim operacijama kao što su operacije zbrajanja, oduzimanja i pomaka, uključujući Booleove usporedbe (operacije XOR, OR, AND i NOT). Također, binarni brojevi mogu izvršiti matematičke i bitovne operacije. Aritmetičko-logička jedinica podijeljena je na AU (aritmetička jedinica) i LU (logička jedinica). Operandi i kod koje koristi ALU govore koje operacije treba izvršiti prema ulaznim podacima. Kada ALU završi obradu ulaza, informacije se šalju u memoriju računala.

Osim izvođenja izračuna povezanih sa zbrajanjem i oduzimanjem, ALU-ovi obrađuju množenje dva cijela broja jer su dizajnirani za izvršavanje cjelobrojnih izračuna; dakle, njegov rezultat je također cijeli broj. Međutim, ALU možda neće izvoditi operacije dijeljenja jer operacije dijeljenja mogu dati rezultat u broju s pomičnim zarezom. Umjesto toga, jedinica s pomičnim zarezom (FPU) obično upravlja operacijama dijeljenja; FPU također može izvesti druge necijelobrojne izračune.

Osim toga, inženjeri mogu dizajnirati ALU za obavljanje bilo koje vrste operacija. Međutim, ALU postaje skuplji kako operacije postaju složenije jer ALU uništava više topline i zauzima više prostora u CPU-u. To je razlog zašto su inženjeri izradili snažan ALU, koji jamči da je i CPU brz i moćan.

Izračunima potrebnim CPU-u upravlja aritmetičko-logička jedinica (ALU); većina operacija među njima je logičke prirode. Ako je CPU napravljen snažniji, koji je napravljen na temelju ALU je dizajniran. Tada stvara više topline i uzima više snage ili energije. Stoga, mora biti umjerenost između toga koliko je ALU složena i moćna i ne smije biti skuplja. Ovo je glavni razlog zašto su brži procesori skuplji; stoga uzimaju mnogo energije i uništavaju više topline. Aritmetičke i logičke operacije glavne su operacije koje izvodi ALU; također izvodi operacije pomaka bitova.

Iako je ALU glavna komponenta u procesoru, dizajn i funkcija ALU-a mogu se razlikovati u različitim procesorima. Za slučaj, neki ALU-ovi su dizajnirani za izvođenje samo cjelobrojnih izračuna, a neki su za operacije s pomičnim zarezom. Neki procesori uključuju jednu aritmetičko-logičku jedinicu za izvođenje operacija, a drugi mogu sadržavati brojne ALU-ove za dovršavanje izračuna. Operacije koje izvodi ALU su:

Logičke operacije:Logičke operacije sastoje se od NOR, NOT, AND, NAND, OR, XOR i više.Operacije pomaka bitova:Odgovoran je za pomak na mjestima bitova desno ili lijevo za određeni broj mjesta koja su poznata kao operacija množenja.Aritmetičke operacije:Iako izvodi množenje i dijeljenje, to se odnosi na zbrajanje i oduzimanje bitova. Ali operacije množenja i dijeljenja su skuplje. Umjesto množenja, zbrajanje se može koristiti kao zamjena, a oduzimanje za dijeljenje.

Signali aritmetičke logičke jedinice (ALU).

ALU sadrži razne ulazne i izlazne električne veze, što je dovelo do usmjeravanja digitalnih signala između vanjske elektronike i ALU-a.

ALU ulaz dobiva signale iz vanjskih krugova, a kao odgovor vanjska elektronika dobiva izlazne signale iz ALU.

Podaci: ALU sadrži tri paralelne sabirnice, koje uključuju dva ulazna i izlazna operanda. Ove tri sabirnice obrađuju broj signala, koji su isti.

Opcijski kod: Kada će ALU izvršiti operaciju, kodom za odabir operacije opisuje se koju vrstu operacije će ALU izvesti aritmetičku ili logičku operaciju.

Status

Izlaz:Rezultate operacija ALU-a daju statusni izlazi u obliku dodatnih podataka jer se radi o višestrukim signalima. Obično su signali statusa kao što su preljev, nula, izvođenje, negativni i drugi sadržani u općim ALU-ovima. Kada ALU završi svaku operaciju, vanjski registri sadržavaju statusne izlazne signale. Ti su signali pohranjeni u vanjskim registrima što ih je dovelo do toga da budu dostupni za buduće ALU operacije.Ulazni:Kada ALU jednom izvede operaciju, unosi statusa dopuštaju ALU-u pristup daljnjim informacijama za uspješno dovršenje operacije. Nadalje, pohranjeni prijenos iz prethodne ALU operacije poznat je kao jedan 'carry-in' bit.

Konfiguracije ALU

U nastavku je dat opis interakcije ALU s procesorom. Svaka aritmetičko-logička jedinica uključuje sljedeće konfiguracije:

komplet opružnih alata

• Arhitektura skupa instrukcija
• Akumulator
• Stog
• Registrirajte se za registraciju
• Registrirajte snop
• Registriraj memoriju

Akumulator

Međurezultat svake operacije sadržan je u akumulatoru, što znači da arhitektura skupa instrukcija (ISA) nije složenija jer je potrebno držati samo jedan bit.

Općenito, mnogo su brzi i manje složeni, ali da bi Akumulator bio stabilniji; potrebno je napisati dodatne kodove kako bi se ispunilo ispravnim vrijednostima. Na nesreću, s jednim procesorom, vrlo je teško pronaći akumulatore za izvršavanje paralelizma. Primjer akumulatora je stolni kalkulator.

Stog

Kad god se izvode najnovije operacije, one se pohranjuju na stog koji sadrži programe u redoslijedu odozgo prema dolje, što je mali registar. Kada se dodaju novi programi za izvođenje, oni guraju da se postave stari programi.

Registar-Registar Arhitektura

Uključuje mjesto za 1 odredišnu instrukciju i 2 izvorne instrukcije, također poznat kao operativni stroj s 3 registra. Ova arhitektura skupa instrukcija mora biti duža za pohranjivanje tri operanda, 1 odredišta i 2 izvora. Nakon završetka operacija, upisivanje rezultata natrag u Upisnike bi bilo otežano, ai duljina riječi trebala bi biti veća. Međutim, to može uzrokovati više problema sa sinkronizacijom ako se pravilo povratnog pisanja slijedi na ovom mjestu.

MIPS komponenta je primjer arhitekture registar-registar. Za ulaz koristi dva operanda, a za izlaz koristi treću zasebnu komponentu. Prostor za pohranu je teško održavati jer svaki treba zasebnu memoriju; stoga mora biti premium u svakom trenutku. Štoviše, možda će biti teško izvesti neke radnje.

Registar - Stack Architecture

Općenito, kombinacija operacija registra i akumulatora poznata je kao arhitektura registra i stoga. Operacije koje je potrebno izvršiti u arhitekturi stoga registara guraju se na vrh stoga. A njegovi se rezultati drže na vrhu hrpe. Uz pomoć metode Reverse polish mogu se raščlaniti složenije matematičke operacije. Neki programeri, za predstavljanje operanda, koriste koncept binarnog stabla. To znači da metodologija obrnutog poliranja može biti laka za ove programere, dok može biti teška za druge programere. Za izvođenje Push i Pop operacija potrebno je izraditi novi hardver.

Registar i memorija

U ovoj arhitekturi jedan operand dolazi iz registra, a drugi dolazi iz vanjske memorije jer je to jedna od najsloženijih arhitektura. Razlog za to je taj što svaki program može biti jako dug jer zahtijeva da se drži u punom memorijskom prostoru. Općenito, ova tehnologija je integrirana s tehnologijom Register-Register Register i praktički se ne može koristiti zasebno.

Prednosti ALU

ALU ima razne prednosti, a to su:

• Podržava paralelnu arhitekturu i aplikacije s visokim performansama.
• Ima mogućnost istovremenog dobivanja željenog izlaza i kombiniranja cjelobrojnih varijabli i varijabli s pomičnim zarezom.
• Ima sposobnost izvođenja instrukcija na vrlo velikom skupu i ima visok raspon točnosti.
• Dvije aritmetičke operacije u istom kodu poput zbrajanja i množenja ili zbrajanja i oduzimanja, ili bilo koja dva operanda mogu se kombinirati pomoću ALU-a. Za slučaj, A+B*C.
• Kroz cijeli program ostaju ujednačeni, a raspoređeni su na način da ne mogu prekinuti dio između.
• Općenito, vrlo je brz; stoga brzo daje rezultate.
• Nema problema s osjetljivošću i nema gubitka memorije s ALU-om.
• Oni su jeftiniji i minimiziraju zahtjeve logičkih vrata.

Nedostaci ALU

Nedostaci ALU-a navedeni su u nastavku:

• S ALU, plutajuće varijable imaju više odgoda, a dizajnirani regulator nije lako razumjeti.

• Greške bi se pojavile u našem rezultatu da je memorijski prostor određen.
• Teško je razumjeti amatere jer je njihov sklop složen; također, koncept cjevovoda je složen za razumijevanje.
• Dokazani nedostatak ALU je da postoje nepravilnosti u latencijama.
• Drugi nedostatak je zaokruživanje, što utječe na točnost.