Alu là gì trong máy tính

Dựa bên trên các kỹ năng và kiến thức Kiến trúc máy tính đã làm được học tập, đề bài hướng đến phương châm mô phỏng cách thức hoạt động vui chơi của ALU ở mức độ đơn giản. Qua đó reviews cấu trúc thành phần với nguim lí buổi giao lưu của ALU trong máy vi tính điện tử.

Bạn đang xem: Alu là gì trong máy tính


*
by Trịnh Hồng Ngọc
Nội dungĐặt vấn đề

Hiện nay tính trạng các sinc viên theo học tập ngành Khoa học máy tính xách tay ra ngôi trường nhưng mà không nắm rõ nguim lí chuyển động cơ bạn dạng của sản phẩm tính dẫn tới việc cấp thiết có tác dụng xuất sắc những công việc của ngành này

Việc hiểu rõ các nguim lí hoạt động vui chơi của máy tính là rất đặc trưng, cũng giống như việc một chưng sĩ mổ xoang nhằm hoàn toàn có thể làm cho tốt các bước của bản thân mình phải hiểu rõ tường tận về các phần tử vào cơ thể còn nếu như không có thể còn lại các hậu quả rất lớn. Đối cùng với các bước nlỗi thiết kế góp tạo nên các phần mềm máy tính xách tay gồm rất chất lượng.

Lý bởi lựa chọn đề tài

Những chiếc máy vi tính thời nay thì phức tạp rộng bao giờ hết, bọn chúng là việc kết tinh trí tuệ của thế giới nhằm cho ra đời đa số chiếc máy nhỏ tuổi gọn, tốc độ xử lý khỏe mạnh. Bởi bởi máy vi tính ngày càng phức tạp, những người thao tác vào nghành kỹ thuật máy tính xách tay thiết yếu đọc sâu về nguyên ổn lí hoạt động cơ bạn dạng của sản phẩm tính do chúng đã có được bít đậy do những vỏ hộp đen hay sản phẩm tá các ứng dụng độc quyền, tương tự như Việc bọn họ vào rừng mà lại chỉ thấy cây chứ không hề thấy rừng. Mặc mặc dù, máy tính ngày dần trnghỉ ngơi đề xuất tinh vi tuy nhiên bọn chúng vẫn đang còn bình thường những nguyên ổn lí cơ bạn dạng. Thế bắt buộc, em suy nghĩ nếu còn muốn cho các sinc viên gọi phương thức máy vi tính vận động, cùng đọc nó một giải pháp thấu đáo, thì chắc hẳn rằng phương pháp xuất sắc nhất là cho chúng ta kiến thiết một máy tính hoàn hảo, chạy được, thịnh hành với có lợi với phần mềm và Hartware, từ bỏ bắt đầu, từ bỏ hầu hết nguyên tắc cơ bạn dạng. Do đó, em đang chọn đề bài Xây dựng và mô bỏng cách thức hoạt động của lắp thêm vi tính cơ mà vày chủ đề tương đối to cần em chỉ giới hạn tại mức mô rộp nguyên tố quan trọng đặc biệt duy nhất của dòng sản phẩm tính chính là ALU.

Công thế giải quyết

Sử dụng lịch trình mô phỏng phần cứng mang tên Hardware Simulator nhằm mô rộp chip ALU của dòng sản phẩm tính. Tiến hành xây đắp thông số kỹ thuật cho chip ALU từ những nguyên ổn lí cơ bản tuyệt nhất trải qua ngôn ngữ quánh tả phần cứng HDL trường đoản cú đó gửi vào ứng dụng để chạy.

Hardware Simulator có thể tế bào phỏng biện pháp hoạt động vui chơi của đa số cục bộ các yếu tố của sản phẩm tính như:

CPUSở lưu giữ trongRAM

Sử dụng Hardware Simulator góp phát âm sâu được bí quyết hoạt động vui chơi của những phần cứng này khi nó chuyển động từ bỏ kia có thể không ngừng mở rộng kiến thức và kỹ năng lên cao không dừng lại ở đó.

4. Phương thơm pháp nghiên cứu

Ø Phương pháp phân tích cùng tổng phải chăng thuyết

Ø Phương pháp quy mô hóa

II. Kết quả

1. Kết quả phân tích lý thuyết

1.1. Kiến trúc của một hệ thống máy tính xách tay năng lượng điện tử?

Cấu trúc Hartware thiết yếu của một hệ thống laptop gồm:

Ø Bộ cập nhật trung trung khu (CPU) – dùng để làm điều kiển và cập nhật dữ liệu

Ø Sở ghi nhớ chính (Primary Storage) – lưu lại dữ liệu

Ø Bộ lưu giữ trang bị cấp cho (Secondary Storage) – tàng trữ dữ liệu vĩnh viễn

Ø Các sản phẩm vào ra

Ø Hệ thống hiệp thương – hỗ trợ nguyên lý tiếp xúc giữa các thành phần của dòng sản phẩm tính

Cấu trúc bên trên được tổ chức gồm nhiều thành phần từ phần cứng cho tới ứng dụng và chúng được phân thành những lớp, từng lớp Chịu trách nát nhiệm riêng

 

1.2. Cổng Logic

Cổng Logic là nhân tố cơ phiên bản nhất của máy tính điện tử, đó là mạch điện thực hiện một hàm Boole lphát minh hóa. có nghĩa là, nó tiến hành một phép toán thù logic bên trên một hoặc nhiều logic nguồn vào, và tạo thành một kết quả ngắn gọn xúc tích ra tuyệt nhất, cùng với thời hạn thực hiện lý tưởng phát minh hóa là không có độ trễ.

Có 2 loại cổng súc tích sẽ là loại đơn giản và dễ dàng (Elementary Logic Gate) nhỏng NAND, OR, AND, NOT với loại phức hợp (Composite Logic Gate) tinh vi hơn được tạo nên từ bỏ gần như cổng xúc tích và ngắn gọn dễ dàng và đơn giản hoàn toàn có thể kể đến như ADDER, MUX

Một cổng logic là một trong con chip đối kháng khôn cùng đơn giản dễ dàng được thiết kế để thực hiện tác dụng định sẵn.

Để biểu hiện các tác dụng của hàm xúc tích bên trên Hartware hoàn toàn có thể dùng mạch năng lượng điện dễ dàng và đơn giản nhỏng sau:

Khi mong màn trình diễn công dụng 1 của hàm xúc tích và ngắn gọn, họ vẫn đưa sử là loại đèn vẫn sáng sủa cùng trở lại đèn sẽ tắt khi hàm xúc tích và ngắn gọn trả về cực hiếm 0

Dưới đấy là một vài cổng súc tích dễ dàng và đơn giản hay gặp

Cổng NAND

Ø Có 2 quý hiếm đầu vào với một quý giá đầu ra

Ø

Ø Code minch hoạ biện pháp hoạt động: if (a==1 và b ==1) then out=0 else out=1

Cổng AND

Ø

Ø Code minch hoạ phương pháp hoạt động: if (a == 1 & b == 1) then out = 1 else out = 0

Cổng OR

Ø

Ø Code minch hoạ bí quyết hoạt động: if (a==1 or b==1) then out = 1 else = 0

 

Cổng NOT

Ø

Ø Code minc hoạ biện pháp hoạt động: if (in ==0) then out =1 else out =0

1.3. Ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL (Hardware Description Language)

HDL là ngôn ngữ đặc tả Hartware, nó đơn giản và dễ dàng chỉ là 1 trong file văn bản dùng làm miêu tả những chức năng nhưng mà một nhỏ chip thực hiện. HDL hay dùng để làm thiết kế với thể nghiệm một bé chip.

Với hình minch hoạ cổng xúc tích OR làm việc trên, có thể suy đoán ra rằng hàm OR chỉ giới thiệu hiệu quả một trong 2 ngôi trường hòa hợp là 1 trong vào 2 nguồn vào bằng 1, từ bỏ kia ta hoàn toàn có thể xây hình thành sơ đồ dùng cổng như sau

Sơ vật cổng đôi lúc còn gọi là bối cảnh của một con chip (Gate Interface), dựa vào sơ đồ dùng cổng này ta có thể bắt đầu viết ra ngữ điệu HDL để mang vào chạy demo bên trên máy tính xách tay.

Xem thêm: TruyệN Ma 12 Cung Hoàng Đạo Của Exo :, Cung Hoàng Đạo Của Exo

Một đoạn mã vào tệp tin HDL để mô tả tác dụng của hàm XOR

Một chip được có mang một công tác HDL đơn lẻ trong mỗi tệp tin. Chip XOR sẽ có file HDL là xor.hdl

Cấu trúc của một HDL tất cả 2 phần là phần đầu cùng phần thân. Phần đầu sẽ quan niệm đồ họa của bé chip, phần thân quan niệm chức năng nhưng con chip đã tiến hành.

1.4. Biểu diễn số học tập trong thứ tính

Chúng ta vẫn biết máy vi tính chỉ gồm phát âm được 2 quý hiếm là 0 với 1. Vậy máy vi tính có thể làm cái gi với 2 con số này, đương nhiên là họ chế tạo ra máy tính xách tay để làm điều gì đó hữu dụng cho bé bạn.

Không hệt như hệ thập phân, được tạo ra trên cơ 10 số, hệ nhị phân được ra do 2 số. Lúc được đến một số trong những nhị phân, trả sử nlỗi “10011”, với số này biểu diễn một vài nguim, ta có biểu diễn số này ở dạng thập phân theo luật lệ sau:

Cho x = xnxn-1….x0. Giá trị của x theo cơ số b kí hiệu là (x)b được tính như sau:

Cộng nhì số nhị phân?

Một cặp số nhị phân có thể cùng cùng nhau từng số một từ bắt buộc qua trái theo phương thức lúc cộng số thập phân. Trước hết chúng ta cộng hai số bên cạnh thuộc mặt bắt buộc, có cách gọi khác là Least Significant Bits (LSB) của nhị số nhị phân kế tiếp cộng bit ghi nhớ (có thể là 0 hoặc 1) vào tổng của cặp bit tiếp theo phía bên trái. Chúng ta thường xuyên quy trình này đến lúc cặp bit kế bên cùng bên trái giỏi còn gọi là Most Significant Bits (MSB) được cộng. Nếu cặp bit MSB bao gồm công dụng bit nhớ là 1, chúng ta nói phxay cùng bị tràn (overflow), ngược lại phnghiền cùng dứt.

Biểu diễn số nhị phân gồm lốt trong vật dụng tính?

Một hệ nhị phân n số rất có thể tạo ra một tập 2n các số nhị phân khác nhau. Nếu bọn họ phải trình diễn số âm, giải pháp dễ dàng đó là chia tập số nhị phân thành hai tập nhỏ cân nhau, một nửa là tập những số dương với một phần hai là tập những số âm. Mỗi tập số đều cất một kí hiệu số để nhận thấy đó là số âm hay số dương

Như vậy dẫn tới việc chúng ta yêu cầu thi công ra cách thức trình diễn số âm vào máy tính. Phương thơm pháp áp dụng thời nay bởi phần đông các máy tính văn minh điện thoại tư vấn là phương thức bù 2. Trong một hệ nhị phân với n số, số bù 2 của số x được quan niệm nlỗi sau:

lấy ví dụ như, cùng với số nhị phân 5 bit, số bù hai của số (-2)10 tuyệt (00010)2 là

25 – (00010)2 = (32)10 – (2)10 = (30)10 = (11110)2. Để kiểm tra tác dụng của phxay tính, bạn cũng có thể tính (00010)2 + (11110)2 = (00000)2

Bởi vậy, phương thức bù 2 có thể biểu những số nguim bao gồm lốt với ko lốt mà lại ko đề nghị bất kì Hartware quan trọng đặc biệt làm sao.

Thông qua màn biểu diễn số âm chúng ta cũng có thể ảnh hưởng cho phxay trừ hai số nhị phân x – y rất có thể biến hóa thành x + (-y).

1.5. Tìm hiểu ALU

ALU (Arithmetic Logic Unit) là bộ up date số học trong laptop, là một trong vào 3 thành CPU triển khai những tính năng tính toán.

Những nhỏ chip bên trong cũng giống như giống như các con chip logic nhưng lại núm vào kia nó thực hiện những phnghiền tính toán thù số học tập.

Xem thêm: Bài Thuốc Dân Gian Trị Hở Van Tim Hiệu Quả, Cây Thuốc Nam Chữa Bệnh Hở Van Tim

Phần đặc biệt độc nhất của một CPU đó đó là ALU. ALU sẽ tính tân oán thông sang một hàm xác định fi (x, y) trong những số ấy x với y là 16 bit đầu vào và out là 16 bit áp ra output được ALU tính toán, fi là hàm cơ mà hàm tân oán học tập hoặc xúc tích mà lại ALU lụa chọn tự kho đựng các hàm này. Chúng ta đang lý giải bí quyết ALU lựa chọn các hàm này bằng phương pháp đưa vào một trong những bit điều khiển bao gồm 6 bits, trải qua 6 bits này ALU đang biết cần được tính tân oán vật gì để chọn lọc trường đoản cú kho cất các hàm tính toán thù. Mỗi một bit vào 6 bit tinh chỉnh và điều khiển sẽ giải đáp ALU có tác dụng một trách nhiệm khác biệt. Kết hợp 6 bit lại cùng nhau đang tạo cho ALU có thể tiến hành được đa dạng và phong phú rất nhiều tác dụng. Vì bọn họ tất cả 6 bit điều khiển buộc phải sẽ có được 26 = 64 hàm khác biệt.

Chúng ta có thể thấy xây dựng ALU nhằm tính toán thù một chức năng nhất định được điều khiển thông qua 6 bit. Dưới đấy là tế bào bỏng xây đắp của ALU

Ø Đầu vào x<16>, y<16> : 2 số nhị phân 16 bit

· zx: Lưu trữ những bit nguồn vào là 0 của x

· nx: Đảo ngược giá trị của x

· zy: Lưu trữ những bit đầu vào là 0 của y

· ny: Đạo ngược giá trị của y

· f: Mã hàm, 1 là bộc lộ phép cộng, 0 biểu lộ phnghiền AND

· no: Đảo ngược cực hiếm đầu ra

Ø Đầu ra out<16> : 16 bit nhị phân cố nhiên hai trở nên điều khiển

· Zr: True nếu như out = 0

· Ng: True giả dụ out 1.  

2. 2. Chạy bên trên Hartware mô phỏng

Đây là 1 trong những tệp tin HDL mô phỏng ALU nhằm điều khiển xe trên Hartware tế bào phỏng

Giao diện lịch trình tế bào bỏng Hartware

Nạp chip ALU.hdl vào chương trình:

 

 

 

 

 

Thực hiện nay phxay tính y – x (trăng tròn – 30) với bit điều khiển 000111

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

<1>. NAND to Tetris http://www.nand2tetris.org/

<2>. Sách The Elements of Computing Systems: Building a Modern Computer from First Principles https://www.amazon.com/Elements-Computing-Systems-Building-Principles/dp/0262640686/ref=ed_oe_p


Chuyên mục: Hỏi Đáp