واحد ALU

پردازنده ها بخش های مختلفی را در درون خود دارند. یکی از این بخش ها واحد ALU یا محاسبه و منطق است. این واحد که به عنوان واحد پردازش منطق و محاسبات در پردازنده ها شناخته می شود وظیفه خاصی بر عهده دارد. وظیفه واحد ALU انجام عملیات حساب و منطق در پردازنده ها است. واحد ALU در تمامی پردازنده های مدرن و قدیمی قرار دارد.

واحد alu چیست؟

واحد ALU دسترسی مستقیم به سخت افزار هایی چون Processor controller یا کنترلر پردازنده، حافظه RAM و دستگاه های ورودی/خروجی دارد. داده های ورودی و خروجی روی مسیر هایی که Bus نامیده میشوند انتقال داده میشوند. داده های ورودی شامل Instruction Word میباشند که خود این نیز شامل Operation Code (که اختصاراََ به آن Op code نیز میگویند) ، یک یا چند عملوند و نیز گاهی اوقات همراه با یک Format code میباشد. Operation Code یا op code به واحد ALU دیکته میکند که چه عملیاتی را بایستی روی داده ها انجام دهد یا به زبانی دیگر چه Operand یا عملوند هایی را بایستی برای انجام محسابات بکار ببرد. به عنوان مثال ممکن است دو عملوند با یکدیگر ترکیب شوند و یا حتی به طور منطقی یا Logically با هم مقایسه شوند. Format code ممکن است با op code ترکیب شود و به ALU گفته شود که این دستورالعمل Floating-Point است یا Fixed-Point. خروجی شامل یک نتیجه است که در Register ای به نام Accumulator ذخیره میشود. پیروز ، موفق و ITPRO باشید!

واحد ALU به عنوان یک واحد اساسی و مهم در

پردازنده ها شناخته می شود. حتی ساده ترین پردازنده ها و میکروچیپ ها نیز این واحد را در اختیار دارند و ساده ترین بخش های محاسباتی را نیز در این واحد انجام می دهند. یکی از مهمترین کارها در محاسبه و منطق محاسبه زمان و نگهداری آن است.
 alu پردازنده چیستALU پردازنده بیشتر به عنوان بخشی از پردازنده طراحی و ایجاد شده است تا حسابت را روی داده های منطقی از نوع اعداد صحیحی و یا Integer انجام دهد. این واحد تنها واحدی است که در پردازنده وظیفه محاسبه جمع و تفریق ها را بر عهده دارد. همچنین در خصوص عملیات ضرب ALU پردازنده می تواند به راحتی عملیات ضرب را بین دو عدد صحیح از نوع Integer انجام دهد.

ALU بیشتر طراحی و ایجاد شده است برای انجام محاسبات اعداد صحیح یا Integer ، از این رو ALU که قبلا گفتم به حالات جمع و تفریق اعداد می پردازد ، ALU غالبا به ضرب دو عدد صحیح Integer نیز را انجام میدهد از این رو نتیجه ای نهایی یک عدد صحیح میباشد ، هر چند که ALU عمل تقسیم را انجام نمی دهد از طریق واحد ممیز شناور یا FPU یا اعداد Floating Point انجام میشود که عملیات تقسیم معمولا توسط Floating Point Unit یا اعداد ممیز شناور انجام میشود و همچنین کار محاسبات اعداد غیر صحیح یا Non Integer را انجام میدهد در اصل ALU جزء مولفه های اساسی و اصلی در تمامی پردازند ها و واحد پردازش گرافیکی محسوب میشود ، 

 عملیات تقسیم نیز در واحد ALU پردازنده تحت شرایط خاصی انجام می شود. عملیات تقسیم معمولاً در پردازنده ها توسط بخش های محاسباتی شناور یا همان Floating Point Unit انجام می شود. یکی از مهمترین بخش هایی که از واحد محاسبه و منطق پردازنده استفاده می‌شود برای انجام محاسبات های گرافیکی است.

 alu مخفف چیست؟

واحد محاسبه و منطق (ALU)، مداری دیجیتالی است که عملیات حساب و منطق را انجام می‌دهد. یک قطعه اساسی از واحد پردازش مرکزی در کامپیوتر است. و حتی ساده‌ترین میکروپردازنده‌ها نیز دارای یک واحد محاسبه و منطق برای کارهایی از قبیل نگهداری زمان هستند. پردازنده‌های موجود درپردازشگر ( CPU ) های مدرن و و پردازنده‌های گرافیکی ( GPU ) داری واحد محاسبه و منطق قدرتمند ودر عین حال پیچیده‌ای هستند. ممکن است هر قطعه دارای بیش از یک واحد محاسبه و منطق باشد. جان فون نویمن که یک ریاضی دان بود مفهوم ALU را در سال 1945، هنگامی که در حال نوشتن گزارش برای کامپیوتر جدید خود به نام EDVAC بود، مطرح کرد.وظیفه واحد ALU همانطور که اعلام شد حساب و منطق است. این واحد در پردازنده عملیات های محاسباتی را بر روی اعداد انجام داده و بخش های منطقی محاسبه را بررسی می‌کند و خروجی را به پردازنده اصلی اعلام می‌کند. وظیفه واحد ALU به نوعی ترکیبی بوده و این به آن معناست که خروجی این واحد صرفاً وابسته به مقدار های ورودی اولیه آن است.
 در واحد ALU بر اساس پهنای اختصاص یافته در ساختار پردازنده امکان انجام عملیات ها با توان متفاوت وجود دارد. به عنوان مثال اگر واحد محاسبه و منطق به صورت گذرگاه 4 بیتی باشد می تواند حداکثر از 16 عمل مختلف پشتیبانی کند.
مهمترین خروجی های واحد ALU عبارت‌اند از:
رقم نقلی: این نوع رقم ها معمولاً در عملیات های جمع رخ می دهد.
رقم قرضی:: این نوع رقم ها معمولاً در عمل تفریق به وجود می آیند.
بیت سرریز:بیت سرریز یا همان Overflow که معمولاً در اثر عمل شیفت باینری رخ می دهد.
 بر اساس استاندارد ها

دستوالعمل های زیادی در واحد محاسبه و منطق انجام می شود. این عملیات ها شامل اعمال حسابی مانند مل جمع، جمع با رقم نقلی، تفریق، تفریق با رقم قرضی، محاسبه مکمل دوم یک عملوند، افزایش و کاهش یک واحدی یکی از عملوندها و همچنین عمل منطقی بین بیت ها مانند اعمال محاسبه ای AND و OR و XOR می باشد.
همچنین در واحد ALU اعمال شیفت بیتی مانند اعمالی که در آن یک عملوند به سمت چپ یا راست شیفت داده می‌شود و شامل شیفت منطقی، شیفت حسابی و چرخش نیز انجام می شود.
واحد ALU دسترسی مستقیم به سخت افزارهای سیستمی دارد. از سخت افزار هایی که این واحد به آن‌ها دسترسی دارد می توان به کنترلر پردازنده یا همان Processor controller و همچنین حافظه RAM، دستگاه های ورودی و خروجی اشاره کرد.
واحد alu را می توان تنها بخشی از پردازنده نام برد که کار واقعی و محاسباتی در آن انجام می شود. این واحد در پردازنده های رایانه ها سری اینتل و ای ام دی قرار دارد. البته باید به این نکته اشاره کرد که واحد محاسبه و منطق در پردازنده های سری اینتل دارای پیچیدگی های بیشتری است. این نکته را باید به یاد داشته باشد که پردازنده ها ااماً تنها یک واحد ALU ندارند و ممکن است در مدل های خاصی از پردازنده ها و یا سری های پیشرفته آن‌ها از چند واحد از این مدار در آن‌ها استفاده شود.
بر اساس نوع محاسبه و نوع پردازنده ای که اجرا می شود ممکن است خروجی های واحد محاسبه و منطق در بخش های مختلف استفاده شوند. در رایانه ها خروجی این واحد عموماً بر روی RAM ها قرار می گیرد. واحد ALU خود از دو واحد داخلی تشکیل شده است و. این واحد ها با نام های:
واحد محاسبه که بخش های محاسباتی ریاضی را انجام می‌دهد و با نام AU شناخته می شود که مخفف کلمه Arithmetic Unit است.
واحد منطق که عملیات های منطقی را روی داده ها انجام می دهد و با نام LU که مخفف کلمه Logic Unit است شناخته می‌شود.