ALU (MANTIKSAL ARITMETIK BIRIM): IŞLEMLER VE MIMARI - TEKNOLOJI - 2024

ALU (Aritmetik mantıksal birim) , işlevi mantık ve sayısal hesaplama prosedürlerine ilgili bütün işlemleri gerçekleştirmek için olan bir elektronik bir devredir. Bilgisayarların merkezi işlem biriminin (CPU) vazgeçilmez bir bileşeni olarak listelenmiştir.

Son CPU'lar çok güçlü ve karmaşık ALU'ları içerir. Bazı CPU yapılarında, ALU bir aritmetik birime ve bir mantıksal birime bölünmüştür. ALU'ya ek olarak, bugünün CPU'ları bir kontrol ünitesi içerir.

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

Bir CPU'nun işlemlerinin çoğu, veri giriş kayıtlarından yüklendiğinde bir veya daha fazla ALU tarafından gerçekleştirilir. Kayıt, bir CPU'nun parçası olarak depolamak için küçük bir boş alandır.

Kontrol ünitesi, ALU'ya bu bilgiyle hangi prosedürün çalıştırılacağını söyler ve sonucu bir çıktı yazmacına kaydeder. Kontrol ünitesi, kayıtlar, ALU ve hafıza arasında bilgi transferini gerçekleştirir.

Prosedürler daha karmaşık hale geldikçe, ALU ayrıca daha fazla CPU alanı kaplayacak, daha fazla maliyetli olacak ve daha fazla ısı üretecek.

ALU tarafından gerçekleştirilen operasyonlar

ALU, öncelikle bit kaydırma işlemleri dahil mantıksal ve matematiksel işlemleri gerçekleştirmeye adanmıştır. Bunlar, CPU'nun işlediği neredeyse tüm veriler üzerinde yürütülmesi gereken temel işlemlerdir.

Mantıksal aritmetik birim, CPU'nun ihtiyaç duyabileceği tüm hesaplamaları gerçekleştiren CPU bileşenidir. Temel aritmetik ve mantıksal işlemleri gerçekleştirdiği için bilgisayarın "hesaplama" kısmıdır.

Prosedürlerin çoğu mantıksal niteliktedir. ALU'nun tasarımına göre CPU'ya daha fazla güç verilebilir. Ancak daha fazla enerji kullanmanıza ve daha fazla ısı üretmenize de neden olacaktır.

ALU tarafından gerçekleştirilen farklı işlemler aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

Mantıksal işlemler

AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, vb. Gibi farklı mantıksal işlemler şunlardır.

Aritmetik işlemler

Bitlerin toplanmasını ve çıkarılmasını ifade eder. Bazen çarpma ve bölme kullanılsa da, bu işlemleri gerçekleştirmek daha pahalıdır.

Tekrarlayan toplama, bölme yerine çarpma ve tekrarlı çıkarma yerine geçmek için de kullanılabilir.

Bit kaydırma işlemleri

Çarpma işlemi olarak kabul edilen bit konumlarının belirli sayıda yerde sağa veya sola kaydırılmasını ifade eder.

Aritmetik ve mantıksal birim

Aritmetik birimde, çarpma ve bölme, bir dizi toplama veya çıkarma işlemiyle ve bitlerin kaydırılmasıyla gerçekleştirilir. Negatif sayıları temsil etmenin birkaç yolu vardır.

Mantıksal sürücüde 16 olası mantıksal işlemden herhangi biri gerçekleştirilebilir. Örneğin, iki işleneni karşılaştırmak veya bitlerin nerede eşleşmediğini tanımak.

ALU mimarisi

ALU, işlemci kontrol birimine, ana belleğe ve giriş ve çıkış cihazlarına hem giriş hem de çıkışa doğrudan erişebilir.

Giriş ve çıkış verileri, veri yolu adı verilen elektronik bir yoldan iletilir. Giriş, bir veya daha fazla işlenen, bir işlem kodu ve bazı durumlarda bir format kodu içeren bir talimata karşılık gelir.

İşlem kodu, ALU'ya o işlemde yer alan işlenenlere ek olarak hangi eylemi yürütmesi gerektiğini gösterir. Örneğin, iki işlenenin çıkarılması veya karşılaştırılması talimatını verebilirsiniz.

Çıktı, bir depolama yazmacına yerleştirilecek bir sonuçtan ve işlemin başarılı olup olmadığını gösteren bir yapılandırmadan oluşur. Değilse, makine durumunda bir tür durum saklanacaktır.

ALU alt birimlerinde bit akışı ve bunlar üzerinde gerçekleştirilen işlemler geçit devreleri tarafından kontrol edilir.

Bu devrelerde, bir dizi mantık birimi, her bir işlem koduna karşılık gelen belirli bir sıra aracılığıyla kapıları yönlendiren birimdir.

Mantık kapıları

Bir bilgisayardaki tüm bilgiler, ikili sayılar, yani 0 ve 1 biçiminde depolanır ve işlenir. Bir anahtarda yalnızca iki olası durum olduğundan, transistör anahtarları ikili sayıları işlemek için kullanılır: açık veya kapalı.

İçinden hiçbir akım geçmeyen açık bir transistör 0'ı temsil eder. İçinden akımın geçtiği kapalı bir transistör 1'i temsil eder.

İşlemler birden fazla transistör bağlanarak gerçekleştirilebilir. İkinci bir transistörü sürmek için bir transistör kullanılabilir. Örneğin, bir transistörün anahtarı, ikinci bir transistörün durumuna bağlı olarak açılır veya kapanır.

Bu bir kapı olarak bilinir, çünkü bu düzenleme elektrik akımına izin vermek veya bunu durdurmak için kullanılabilir.

Kapılar, ALU'nun yapı taşlarıdır. Diyotlardan, dirençlerden veya transistörlerden yapılmıştır. Bu kapılar, entegre devrede ikili girişi "açık" ve "kapalı" durumu olarak temsil etmek için kullanılır.

ALU, bir kombinatoryal devre aracılığıyla yapılandırılır. Bu devre, konformasyonu için AND, OR, NOT gibi mantık kapılarını kullanır.

VE kapısı

AND geçidinin iki veya daha fazla girişi vardır. Tüm girişler 1 ise AND geçidinin çıkışı 1'dir. Giriş verilerinden herhangi biri 0 ise AND geçidi 0 değerini döndürür.

OR kapısı

OR geçidinin iki veya daha fazla girişi olabilir. OR geçidinin çıkışı, girişlerden herhangi biri 1 ise her zaman 1 ve tüm girişler 0 ise 0 olacaktır.

DEĞİL kapısı

En basit işlem türü bir NOT geçididir. Yalnızca tek bir transistör kullanır. Tek bir girdi kullanır ve her zaman girdinin tersi olan tek bir çıktı üretir.

NOT geçidi, geçitlerin sonucunu tersine çevirmek veya Boole durumunu 0'dan 1'e ve 1'den 0'a çevirmek için kullanılır. Ayrıca "VE" ve "VEYA" geçidi ile birlikte kullanılır.

AND veya "OR" kapısı ile birlikte kullanıldığında, NOT kapısı her iki geçidin önündeki küçük bir daire ile temsil edilir.

NOT geçidini kullandıktan sonra, AND geçitleri NAND olur ve "OR" geçitleri NOR olur.

Kayıtlar

Bunlar, ALU'da talimatları, ara verileri, giriş işlenenlerini, eklenen işlenenleri, bir toplayıcıda depolanan toplam sonucu ve nihai sonucu depolamak için çok önemli bir bileşendir.

Kayıtlar, önbellek, RAM ve sabit diske kıyasla belleğe çok hızlı erişim sağlar. CPU'da yerleşiktirler ve küçüktürler.

Referanslar

1. Paul Zandbergen (2019). Aritmetik Mantık Birimi (ALU): Tanım, Tasarım ve İşlev. Ders çalışma. Alındığı kaynak: study.com.
2. Techopedia (2019). Aritmetik Mantık Birimi (ALU). Alındığı: roofpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Aritmetik mantık birimi (ALU). Techtarget. Alınan: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Aritmetik Mantık Birimi (ALU) nedir? - Tanım ve anlam. Bilgisayar Notları. Alındığı: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, özgür ansiklopedi (2019). Aritmetik mantık Birimi. En.wikipedia.org adresinden alınmıştır.