ALU (산술 논리 장치)은 그 논리 함수 수치 계산 공정과 관련된 모든 과정을 수행하는 전자 회로이다. 컴퓨터 중앙 처리 장치 (CPU)의 필수 구성 요소로 나열됩니다.
최근 CPU에는 매우 강력하고 복잡한 ALU가 포함되어 있습니다. 일부 CPU 구조에서 ALU는 산술 단위와 논리 단위로 나뉩니다. ALU 외에도 오늘날의 CPU에는 제어 장치가 포함되어 있습니다.
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대부분의 CPU 작업은 입력 레지스터에서 데이터가로드 될 때 하나 이상의 ALU에 의해 수행됩니다. 레지스터는 CPU의 일부로 저장할 수있는 작은 여유 공간입니다.
제어 장치는 해당 정보로 실행할 프로 시저를 ALU에 알리고 결과를 출력 레지스터에 저장합니다. 제어 장치는 레지스터, ALU 및 메모리 간의 정보 전송을 수행합니다.
절차가 더 복잡 해짐에 따라 ALU는 더 많은 CPU 공간을 차지하고 더 많은 비용이 들며 더 많은 열을 발생시킬 것입니다.
ALU에서 수행하는 작업
ALU는 주로 비트 시프트 연산을 포함한 논리 및 수학 연산을 수행하는 데 전념합니다. 이는 CPU가 처리하는 거의 모든 데이터에서 실행되어야하는 기본 프로세스입니다.
논리 산술 단위는 CPU에 필요한 모든 계산을 수행하는 CPU 구성 요소입니다. 기본적인 산술 및 논리 연산을 수행하므로 컴퓨터의 "계산"부분입니다.
대부분의 절차는 논리적 특성입니다. ALU의 설계에 따라 CPU에 더 많은 전력을 공급할 수 있습니다. 그러나 그것은 또한 더 많은 에너지를 사용하고 더 많은 열을 생성하게 만듭니다.
ALU가 수행하는 다양한 작업은 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.
논리적 작업
다음은 AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND 등과 같은 다양한 논리 연산입니다.
산술 연산
비트의 더하기 및 빼기를 나타냅니다. 곱셈과 나눗셈이 때때로 사용되지만 이러한 연산은 수행하는 데 더 많은 비용이 듭니다.
반복 덧셈은 곱셈을 대체하고 반복 뺄셈을 나눗셈을 대체하는 데 사용할 수도 있습니다.
비트 시프트 작업
특정 수의 비트 위치가 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동하는 것을 말하며 곱셈 연산으로 간주됩니다.
산술 및 논리 단위
산술 단위에서 곱셈과 나눗셈은 일련의 더하기 또는 빼기 연산과 비트 이동을 통해 수행됩니다. 음수를 표현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
논리 드라이브에서 16 개의 가능한 논리 작업을 수행 할 수 있습니다. 예를 들어 두 피연산자를 대조하거나 비트가 일치하지 않는 위치를 인식합니다.
ALU 아키텍처
ALU는 프로세서 제어 장치, 주 메모리, 입력 및 출력 장치에 대한 입력 및 출력 모두에 직접 액세스 할 수 있습니다.
입력 및 출력 데이터는 버스라고하는 전자 경로를 통해 전송됩니다. 입력은 하나 이상의 피연산자, 연산 코드 및 경우에 따라 형식 코드를 포함하는 명령어에 해당합니다.
오퍼레이션 코드는 해당 오퍼레이션과 관련된 피연산자 외에 실행해야하는 조치를 ALU에 표시합니다. 예를 들어, 두 피연산자를 빼거나 비교하도록 지시 할 수 있습니다.
출력은 스토리지 레지스터에 배치되는 결과와 작업의 성공 여부를 나타내는 구성으로 구성됩니다. 그렇지 않은 경우 어떤 종류의 상태가 머신 상태에 저장됩니다.
ALU 서브 유닛에서 수행되는 비트 스트림과 연산은 게이트 회로에 의해 제어됩니다.
이러한 회로에서 시퀀스 로직 유닛은 각 연산 코드에 해당하는 특정 시퀀스를 통해 게이트를 지시하는 유닛입니다.
논리 게이트
컴퓨터의 모든 정보는 이진수, 즉 0과 1의 형태로 저장되고 처리됩니다. 스위치에는 두 가지 가능한 상태 (열림 또는 열림) 만 있기 때문에 트랜지스터 스위치는 이진수를 처리하는 데 사용됩니다. 닫은.
전류가 통과하지 않는 개방형 트랜지스터는 0을 나타냅니다. 전류가 통과하는 폐쇄 형 트랜지스터는 1을 나타냅니다.
여러 트랜지스터를 연결하여 작업을 수행 할 수 있습니다. 하나의 트랜지스터를 사용하여 두 번째 트랜지스터를 구동 할 수 있습니다. 예를 들어, 한 트랜지스터의 스위치는 두 번째 트랜지스터의 상태에 따라 켜지거나 꺼집니다.
이 배열은 전류를 허용하거나 중지하는 데 사용할 수 있기 때문에 게이트라고합니다.
게이트는 ALU의 빌딩 블록입니다. 다이오드, 저항 또는 트랜지스터로 구성됩니다. 이 게이트는 집적 회로에서 이진 입력을 "on"및 "off"상태로 표시하는 데 사용됩니다.
ALU는 조합 회로를 통해 구성됩니다. 이 회로는 구조를 위해 AND, OR, NOT과 같은 논리 게이트를 사용합니다.
AND 게이트
AND 게이트에는 두 개 이상의 입력이 있습니다. 모든 입력이 1이면 AND 게이트의 출력은 1입니다. 입력 데이터가 0이면 AND 게이트는 0을 반환합니다.
OR 게이트
OR 게이트에는 두 개 이상의 입력이있을 수 있습니다. OR 게이트의 출력은 입력 중 하나가 1이면 항상 1이고 모든 입력이 0이면 0입니다.
NOT 게이트
가장 간단한 작업 유형은 NOT 게이트입니다. 단일 트랜지스터 만 사용합니다. 단일 입력을 사용하고 항상 입력과 반대되는 단일 출력을 생성합니다.
NOT 게이트는 게이트의 결과를 반전하거나 0에서 1로, 1에서 0으로 불리언 상태를 반전하는 데 사용됩니다. 또한 "AND"및 "OR"게이트와 함께 사용됩니다.
AND 또는 "OR"게이트와 함께 사용할 경우 NOT 게이트는 두 게이트 앞에 작은 원으로 표시됩니다.
NOT 게이트를 사용한 후 AND 게이트는 NAND가되고 "OR"게이트는 NOR이됩니다.
기록
ALU에서 명령어, 중간 데이터, 입력 피연산자, 추가되는 피연산자, 누산기에 저장되는 누적 결과 및 최종 결과를 저장하는 데 매우 중요한 구성 요소입니다.
레지스터는 캐시, RAM 및 하드 디스크에 비해 메모리에 대한 매우 빠른 액세스를 제공합니다. CPU에 내장되어 있으며 작습니다.
참고 문헌
- Paul Zandbergen (2019). 산술 논리 장치 (ALU) : 정의, 설계 및 기능. 연구. 출처 : study.com.
- Techopedia (2019). ALU (산술 논리 장치). 출처 : ceilingpedia.com.
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- 무료 백과 사전, Wikipedia (2019). 산술 논리 장치. 출처 : en.wikipedia.org.