- Opérations réalisées par l'ALU
- Opérations logiques
- Opérations arithmétiques
- Opérations de décalage de bits
- Unité arithmétique et logique
- Architecture ALU
- Des portes logiques
- ET porte
- OU porte
- PAS de porte
- Registres
- Références
L' ALU (Arithmetic Logical Unit) est un circuit électronique dont la fonction est de réaliser tous les processus liés aux procédures de calcul logique et numérique. Il est répertorié comme un composant indispensable de l'unité centrale de traitement (CPU) des ordinateurs.
Les processeurs récents incluent des ALU très puissantes et complexes. Dans certaines structures de CPU, l'ALU est divisée en une unité arithmétique et une unité logique. En plus de l'ALU, les processeurs actuels incluent une unité de contrôle.
Source: CC BY-SA 3.0, La plupart des opérations d'une CPU sont effectuées par une ou plusieurs ALU, lorsque les données sont chargées à partir des registres d'entrée. Un registre est un petit espace libre à stocker dans le cadre d'un processeur.
L'unité de contrôle indique à l'ALU la procédure à exécuter avec ces informations et enregistre le résultat dans un registre de sortie. L'unité de contrôle effectue le transfert d'informations entre les registres, l'ALU et la mémoire.
Au fur et à mesure que les procédures deviennent plus complexes, l'ALU va également occuper plus d'espace CPU, coûter plus cher et générer plus de chaleur.
Opérations réalisées par l'ALU
L'ALU est principalement dédiée à l'exécution d'opérations logiques et mathématiques, y compris les opérations de décalage de bits. Ce sont des processus fondamentaux qui doivent être exécutés sur presque toutes les données traitées par la CPU.
L'unité arithmétique logique est ce composant du processeur qui effectue tous les calculs dont le processeur peut avoir besoin. C'est la partie "calculatrice" de l'ordinateur, car elle effectue des opérations arithmétiques et logiques de base.
La plupart des procédures sont de nature logique. Selon la conception de l'ALU, le processeur peut recevoir plus de puissance. Cependant, cela vous amènera également à utiliser plus d'énergie et à produire plus de chaleur.
Les différentes opérations réalisées par l'ALU peuvent être classées comme suit:
Opérations logiques
Voici les différentes opérations logiques, telles que AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.
Opérations arithmétiques
Fait référence à l'addition et à la soustraction de bits. Bien que la multiplication et la division soient parfois utilisées, ces opérations sont plus coûteuses à réaliser.
L'addition répétitive peut également être utilisée pour remplacer la multiplication et la soustraction répétitive pour remplacer la division.
Opérations de décalage de bits
Il se réfère au décalage des positions des bits dans un certain nombre d'endroits vers la droite ou vers la gauche, ce qui est considéré comme une opération de multiplication.
Unité arithmétique et logique
Dans l'unité arithmétique, la multiplication et la division sont effectuées par une série d'opérations d'addition ou de soustraction et en décalant les bits. Il existe plusieurs façons de représenter des nombres négatifs.
L'une des 16 opérations logiques possibles peut être effectuée sur l'unité logique. Par exemple, comparer deux opérandes ou reconnaître où les bits ne correspondent pas.
Architecture ALU
L'ALU peut accéder directement à l'entrée et à la sortie de l'unité de commande du processeur, de la mémoire principale et des périphériques d'entrée et de sortie.
Les données d'entrée et de sortie sont transmises via un chemin électronique appelé bus. L'entrée correspond à une instruction, qui comprend un ou plusieurs opérandes, un code opération et, dans certains cas, un code de format.
Le code d'opération montre à l'ALU quelle action il doit exécuter, en plus des opérandes impliqués dans cette opération. Par exemple, vous pouvez demander aux deux opérandes d'être soustraits ou comparés.
La sortie se compose d'un résultat qui sera placé dans un registre de stockage et d'une configuration qui indiquera si l'opération a réussi. Sinon, une sorte d'état sera stockée dans l'état de la machine.
Le train de bits et les opérations effectuées sur eux dans les sous-unités ALU sont contrôlés par des circuits de porte.
Dans ces circuits, une unité logique de séquence est celle qui dirige les portes, à travers une séquence spécifique qui correspond à chaque code d'opération.
Des portes logiques
Toutes les informations d'un ordinateur sont stockées et traitées sous la forme de nombres binaires, c'est-à-dire 0 et 1. Les commutateurs à transistors sont utilisés pour gérer les nombres binaires, car il n'y a que deux états possibles dans un commutateur: ouvert ou fermé.
Un transistor ouvert, à travers lequel aucun courant ne passe, représente un 0. Un transistor fermé, à travers lequel passe le courant, représente un 1.
Les opérations peuvent être effectuées en connectant plusieurs transistors. Un transistor peut être utilisé pour piloter un deuxième transistor. Par exemple, l'interrupteur pour un transistor s'active ou se désactive en fonction de l'état d'un deuxième transistor.
Ceci est connu comme une porte, car cet agencement peut être utilisé pour autoriser ou arrêter le courant électrique.
Les portes sont les éléments de base de l'ALU. Ils sont construits à partir de diodes, de résistances ou de transistors. Ces portes sont utilisées dans le circuit intégré pour représenter une entrée binaire en état "marche" et "arrêt".
L'ALU est configurée via un circuit combinatoire. Ce circuit utilise des portes logiques telles que ET, OU, PAS pour sa conformation.
ET porte
La porte ET a deux entrées ou plus. La sortie de la porte ET est 1 si toutes les entrées sont 1. La porte ET renvoie 0 si l'une des données d'entrée est 0.
OU porte
La porte OU peut avoir deux entrées ou plus. La sortie de la porte OU sera toujours 1 si l'une des entrées est 1 et 0 si toutes les entrées sont 0.
PAS de porte
Le type d'opération le plus simple est une porte NON. Il n'utilise qu'un seul transistor. Il utilise une seule entrée et produit une seule sortie, qui est toujours l'opposé de l'entrée.
La porte NOT est utilisée pour inverser le résultat des portes ou inverser l'état booléen de 0 à 1 et de 1 à 0. Elle est également utilisée avec les portes "ET" et "OU".
Lorsqu'elle est utilisée en conjonction avec la porte ET ou "OU", la porte NON est représentée par un petit cercle devant les deux portes.
Après avoir utilisé la porte NOT, les portes ET deviennent NAND et les portes "OR" deviennent NOR.
Registres
Ils sont un composant très important dans l'ALU pour stocker les instructions, les données intermédiaires, les opérandes d'entrée, les opérandes qui sont ajoutés, le résultat accumulé, qui est stocké dans un accumulateur, et le résultat final.
Les registres fournissent un accès très rapide à la mémoire, par rapport au cache, à la RAM et au disque dur. Ils sont intégrés au processeur et sont petits.
Références
- Paul Zandbergen (2019). Unité logique arithmétique (ALU): définition, conception et fonction. Étude. Tiré de: study.com.
- Techopedia (2019). Unité logique arithmétique (ALU). Tiré de: plafondpedia.com.
- Margaret Rouse (2019). Unité arithmétique-logique (ALU). Techtarget. Tiré de: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019). Qu'est-ce que l'unité logique arithmétique (ALU)? - Définition et signification. Notes sur l'ordinateur. Tiré de: ecomputernotes.com.
- Wikipédia, l'encyclopédie gratuite (2019). Unité arithmétique et logique. Tiré de: en.wikipedia.org.