31
آگوست

مدار ALU یا واحد منطق حسابی چیست؟

مدار ALU که به محاسبه و منطق نیز معروف است ، یک مدار دیجیتالی است که وظیفه حساب و منطق را بر عهده دارد. این مدار دیجیتالی در پردازنده ها یک قسمت جداگانه و حساس است که در همه پردازنده های قدیمی و جدید یافت می شود.

واحد منطق حسابی یا مدار ALU یکی از مهمترین بخشهای GPU ها و پردازنده های امروزی است. برای آشنایی کامل با این طرح های خاص ، ادامه مقاله سایت تک تیپ را دنبال کنید.

مدار ALU چیست؟

مدار آلو این به معنی واحد محاسبه و منطق است و به معنی واحد حسابی منطق است. این مدار دیجیتالی و الکترونیکی توانایی انجام عملیات منطقی و حسابی بر روی اعداد صحیح دوتایی را دارد.

واحد محاسبه و منطق در بسیاری از قسمتهای سیستم های کامپیوتری مانند CPU CPU و گرافیک موجود است و بخش مهمی از این قطعات است.

این مدار یکی از مدارهای ترکیبی است به گونه ای که خروجی مدار حاصل ورودی همزمان به مدار است و به همین دلیل در پردازنده واحد منطقی پردازش و محاسبه و وظیفه نامیده می شود. ONE ALU انجام عملیات حسابی و منطقی روی پردازنده.

به موسسه خیریه مرجع کمک کنید

واحد منطق حسابی بخشی از CPU است که عملیات حسابی و منطقی را بر عملوندها انجام می دهد.

واحد محاسبه و منطق در برخی از پردازنده ها ، به دو واحد تقسیم می شود: واحد حسابی (AU) و واحد منطقی (LU). برخی از پردازنده ها دارای بیش از یک AU هستند – به عنوان مثال ، یکی برای عملکرد نقطه ثابت و دیگری برای عملکرد نقطه شناور.

نحوه عملکرد مدار ALU

نحوه عملکرد مدار ALU

به طور معمول ، مدار ALU دارای ورودی و خروجی مستقیم به کنترل کننده پردازنده ، حافظه اصلی (حافظه دسترسی تصادفی یا RAM رایانه) و دستگاه های ورودی / خروجی است که به صورت الکترونیکی ورودی و خروجی می کنند ، گذر نامیده می شود.

ورودی شامل یک کلمه دستورالعمل است که گاهی اوقات یک کلمه دستورالعمل ماشین نامیده می شود که شامل یک کد عملیات است ، در برخی دیگر یک یا چند عملوند و گاهی یک کد الگو. و این کد عملیاتی به مدار ALU می گوید که باید چه عملیاتی را انجام دهد.

قسمتهای مختلف آلو

به طور کلی ، ALU شامل مکان های ذخیره برای عملوندهای ورودی ، عملوندهای اضافه شده ، نتایج مرتب شده (ذخیره شده در یک جمع کننده) و نتایج اصلاح شده است. جریان بیت ها و عملیات انجام شده بر روی آنها تحت بلوک های ALU توسط مدارهای دروازه کنترل می شود.

دروازه های این مدارها توسط یک واحد توالی منطقی کنترل می شود که از الگوریتم یا توالی خاصی برای هر کد عملیاتی استفاده می کند. با این حال ، طراحی مدار ALU بخش مهمی از پردازنده است و با طراحی دقیق آن می توان رویکردهای جدیدی برای سرعت بخشیدن به پردازنده ها ابداع کرد.

این موضوعات ممکن است کمی پیچیده به نظر برسند ، اما آنهایی که هستند مهندسی کامپیوتر تخصصی به خصوص در بخش سخت افزار باید با این مفاهیم آشنا باشید.

برای افزایش دانش خود در زمینه مهندسی کامپیوتر می توانید از آموزش های حرفه ای در سایت فرادرس استفاده کنید که توسط متخصصان فناوری کامپیوتر تهیه شده است. معلمان حرفه ای ایرانی موجود در این سایت جدیدترین و حرفه ای ترین موضوعات را به صورت کاملا اصولی و موردی آموزش می دهند تا دانش آموزان بتوانند با هزینه کم از این منابع ویژه استفاده کرده و دانش و تجربه خود را افزایش دهند.

مدار ALU در پردازنده

مدار ALU در پردازنده

طراحی و ایجاد مدارهای محاسباتی و منطقی در پردازنده عمدتا به عنوان بخشی از پردازنده برای انجام محاسبات داده های منطقی (مانند اعداد صحیح یا اعداد واقعی) استفاده می شود. این واحد تنها واحدی است که جمع و تفریق در پردازنده را محاسبه می کند.

این مدارها همچنین پردازش و محاسبه گرافیک را در پردازنده هایی که دارای گرافیک داخلی هستند ، بر عهده دارند.

مزایای ALU

ALU چندین مزیت دارد به شرح زیر:

  • پشتیبانی از معماری موازی و برنامه های کاربردی با کارایی بالا.
  • این قابلیت را دارد که خروجی مورد نظر را به طور همزمان بدست آورد و متغیرهای صحیح و نقطه شناور را با هم ترکیب کند.
  • این قابلیت را دارد که دستورالعمل ها را روی یک مجموعه بسیار بزرگ اجرا کند و از دقت بسیار بالایی برخوردار است.
  • دو عمل حسابی در یک کد مانند جمع و ضرب یا جمع و تفریق ، یا هر دو عملوند را می توان با ALU ترکیب کرد.
  • به طور کلی ، بسیار سریع است ؛ بنابراین ، سرعت پردازش را افزایش می دهد
  • هنگام استفاده از مدار ALU هیچ مشکل خاصی با از دست دادن حافظه وجود نخواهد داشت.
  • آنها ارزان هستند و الزامات دروازه منطقی را به حداقل می رسانند.

معایب ALU

اگرچه این مدارها دارای ویژگی ها و مزایای جذابی هستند که استفاده از آنها در پردازنده ها را حیاتی کرده است ، اما ممکن است دارای معایبی نیز باشند که در زیر به آنها اشاره می کنیم.

  • سرعت پایین در درک متغیرهای شناور و تاخیر در محاسبه آنها
  • این زنجیره کاملاً پیچیده است و برای مبتدیان بسیار دشوار است.
  • فقط می توان از حافظه پنهان استفاده کرد
  • احتمال خطا و بی نظمی در لحظات استرس زا

عملکرد واحد محاسبه و منطق چیست؟

در اصل ، مدار ALU وظیفه انجام عملیات ریاضی روی پردازنده ها را بر عهده دارد. این طرح آخرین جزء پردازنده برای محاسبه و پردازش است و از کد و عملوند برای انجام محاسبات خود استفاده می کند. پس از انجام این کار ، ALU اطلاعات را در RAM بارگذاری می کند.

برای بارگذاری این اطلاعات در RAM و فرایند مدیریت ، واحد محاسبات و منطق دسترسی کامل به کنترل اطلاعات ورودی و خروجی را دارد.

برای درک بهتر این محتوا ضروری است آموزش مدار منطقی پشت سر می گذارم. در غیر این صورت ، ممکن است این موضوعات کمی مبهم به نظر برسند.

انواع خروجی مدار ALU

اول از همه ، خوب است بدانید که پهنای باند مدار تأثیر مستقیمی بر حداکثر تعداد عملیات انجام شده خواهد داشت. به عنوان مثال ، اگر گذرگاه مدار ALU برابر با 8 بیت باشد ، حداکثر عملیاتی که این مدار در حال حاضر قادر به انجام آن است 64 (یعنی 2 تا توان 8) خواهد بود و برای انجام عملیات بیشتر ، پردازنده باید ارتقا یابد و تخصیص پهنای باند باعث افزایش مدار می شود.

خروجی های این مدار که جزء اصلی پردازنده است به سه شکل زیر خواهد بود:

  • بیت سرریز : افست دودویی باعث سرریز می شود
  • رقم قرض گرفته شده : عملیات تفریق این عدد را ایجاد می کند.
  • شکل حمل و نقل : عملیات افزودن خروجی را تشکیل می دهد.

مدار ALU تنها بخشی از پردازنده است که کارهای واقعی و محاسباتی را انجام می دهد. این دستگاه در پردازنده های رایانه ای سری Intel و AMD یافت می شود.

البته باید توجه داشت که واحد محاسبه و منطق در پردازنده های سری اینتل پیچیده تر است. لازم به ذکر است که پردازنده ها الزاماً دارای یک ALU نیستند و ممکن است دارای مدل پردازنده یا سری گسترده ای از چندین دستگاه باشند طرح واحد محاسبه و منطق در آنها استفاده می شود.

بسته به نوع محاسبه و نوع پردازنده ، واحدهای خروجی و منطقی محاسباتی را می توان در قسمت های مختلف کامپیوتر ذخیره کرد ، اما RAM قسمت اصلی ذخیره اطلاعات مربوط به مدار ALu است.

ساختار ALU چگونه است؟

ساختار ALU چگونه است؟

با توجه به شکل بالا ، ساختار زنجیره Alu را می توان بصورت شماتیک به صورت تصویر نشان داد. همانطور که در تصویر مشاهده می کنید.

عبارات A و B به ترتیب اولین عملوند و دوم عملوند هستند و در نهایت نتیجه Y را می توان خروجی نامید.

وضعیت ها ورودی و خروجی وضعیتی هستند که در بیشتر مدارهای Alu قرار دارند.

در نهایت ، Opcode نوع عملیات را مشخص می کند و سپس نتیجه را به RAM ارسال می کند.

در این معماری ، یک عملوند از ثبت و دیگری از حافظه خارجی ناشی می شود ، زیرا یکی از پیچیده ترین معماری ها است. این به این دلیل است که هر برنامه ای برای ذخیره در فضای کامل حافظه بسیار طولانی است.

واحد محاسبه و منطق

طرح واحد منطق حسابی به دو واحد زیر تقسیم می شود که هر کدام وظیفه خاصی را انجام می دهند.

  • AU: به معنی واحد حسابی است و محاسبات ریاضی را انجام می دهد.
  • LU: مخفف Logic Unit است و عملیات داده های منطقی را انجام می دهد.

مدار ALU کجاست؟

در داخل همه پردازنده ها ، چه رایانه و چه موبایل و … مدار ALU بین پردازنده کامپیوتری چند هسته ای ، پردازنده بزرگ و فوق حرفه ای یا ریزتراشه ساده بر روی بردهای معمولی تفاوت وجود دارد ، واحد حساب و منطق در همه پردازنده ها ثابت است. البته تعداد باند فرکانس در پردازنده به پردازنده متفاوت است ، اما همه پردازنده ها حداقل یک واحد از این مدار را در خود دارند.

ALU به چه معناست؟

همانطور که در ابتدای مقاله شما اشاره کردیم ، این عبارت به معنای واحد منطق حسابی است که به فارسی “واحد محاسبه و منطق” ترجمه می شود و وظیفه اصلی آن انجام محاسبات و عملیات منطقی در پردازنده ها است.

بهترین راه برای یادگیری محاسبات و منطق یک مدار واحد

برای یادگیری کامل این طرح و نحوه اعمال آن می توانید از آموزش های آنلاین سایت فرادرس استفاده کنید. این سایت آموزش طراحی مدار از مبتدی تا پیشرفته را ارائه می دهد تا آماتورها نیز بتوانند طراحی مدار حرفه ای را در مدت زمان کوتاهی بیاموزند.

سایت فرادرس مجموعه ای از تجزیه و تحلیل حرفه ای آموزش مدار همچنین برای دانشجویان علاقمند در دسترس است که می توانند با مراجعه به وب سایت فرادرس چندین درس در این زمینه پیدا کنند.

منبع : https://techtip.ir/