Arifmetikalıq-logikalıq blok

ALUnıń hám onıń kirgiziw hám shıǵarıw signallarınıń simvollıq kórinisi, sáykes túrde ALU ishine kiretuǵın yamasa onnan shıǵatuǵın strelkalar menen kórsetilgen. Hár bir strelka bir yamasa bir neshe signaldı bildiredi. Basqarıw signalları shep jaqtan kiredi hám status signalları oń jaqtan shıǵadı; maǵlıwmatlar joqarıdan tómenge qaray ótedi.

Esaplaw texnikasında arifmetikalıq-logikalıq blok (ALU) — bul pútin ekilik sanaq sistemasındaǵı sanlar ústinde arifmetikalıq hám binar operaciyalardı orınlaytuǵın kombinaciyalıq cifrlı sxema. Bul ózgermeli noqatlı sanlar ústinde isleytuǵın ózgermeli noqatlı blokqa (FPU) qarsı keledi. Ol kompyuterlerdiń oraylıq processorı (CPU), FPUlar hám grafikalıq processorlar (GPU) sıyaqlı kóplegen esaplaw sxemalarınıń tiykarǵı qurılıs blogı bolıp tabıladı.

ALUǵa kiris maǵlıwmatları – bul ústinde operaciya orınlanatuǵın, operandlar dep atalatuǵın maǵlıwmatlar hám orınlanatuǵın operaciyanı kórsetetuǵın kod (opkod); ALUnıń shıǵısı – orınlanǵan operaciyanıń nátiyjesi. Kóplegen dizaynlarda, ALUda status kirisleri yamasa shıǵısları yamasa ekewi de bar boladı, olar ALU menen sırtqı status registrleri arasında sáykes túrde aldıńǵı operaciya yamasa házirgi operaciya haqqında informaciyanı jetkeredi.

Signallar

ALUnıń hár túrli kirgiziw hám shıǵarıw tarmaqları bar, olar ALU menen sırtqı sxemalar arasında cifrlı signallardı jetkiziw ushın qollanılatuǵın elektr ótkizgishleri. ALU islep turǵanda, sırtqı sxemalar ALU kirislerine signallar beredi hám juwap retinde ALU óziniń shıǵısları arqalı sırtqı sxemalarǵa signallar islep shıǵaradı hám jetkizedi.

Maǵlıwmat

Tiykarǵı ALUda eki kirgiziw operandı (A hám B) hám bir nátiyje shıǵarıw (Y) bar úsh parallel maǵlıwmat shinası bar. Hár bir maǵlıwmat shinası bir ekilik pútin sandı jetkiziwshi signallar toparı bolıp tabıladı. Ádette, A, B hám Y shinalarınıń eni (hár bir shinanı quraytuǵın signallar sanı) birdey boladı hám sırtqı sxemanıń (mısalı, qamtıytuǵın CPU yamasa basqa processor) jergilikli sóz ólshemine sáykes keledi.

Opkod

Opkod kirisi – bul ALUǵa operaciyanı tańlaw kodın jetkiziwshi parallel shina, bul ALU tárepinen orınlanıwı kerek bolǵan qálegen arifmetikalıq yamasa logikalıq operaciyanı kórsetetuǵın sanlı mánis. Opkodtıń ólshemi (onıń shinasınıń eni) ALU orınlay alatuǵın hár túrli operaciyalardıń maksimal sanın anıqlaydı; mısalı, tórt bitli opkod on altıǵa shekem hár túrli ALU operaciyaların kórsete aladı. Ádette, ALU opkodı mashina tili kórsetpesi menen birdey emes, degen menen ayırım jaǵdaylarda ol bunday kórsetpeler ishinde tikkeley bit maydanı retinde kodlanıwı múmkin.

Status

Shıǵarıwlar

Status shıǵarıwları – bul házirgi ALU operaciyasınıń nátiyjesi haqqında qosımsha informaciyanı jetkiziwshi hár túrli jeke signallar. Ulıwma maqsetli ALUlarda ádette tómendegidey status signalları boladı:

• Ótkiziw-shıǵısı (Carry-out), ol qosıw operaciyasınan kelip shıqqan ótkiziwdi, alıw operaciyasınan kelip shıqqan qarızdı yamasa ekilik jıljıw operaciyasınan kelip shıqqan artıq bitin jetkizedi.
• Nol, ol Y-tiń barlıq bitleriniń logikalıq nol ekenin kórsetedi.
• Teris, ol arifmetikalıq operaciyanıń nátiyjesiniń teris ekenin kórsetedi.
• Artıqmashılıq, ol arifmetikalıq operaciyanıń nátiyjesiniń Y-tiń sanlı diapazonınan artıp ketkenin kórsetedi.
• Jup-taq, ol Y-te logikalıq bir bolǵan bitlerdiń sanınıń jup yamasa taq ekenin kórsetedi.

Kirgiziwler

Status kirgiziwleri operaciyanı orınlaǵanda ALUǵa qosımsha informaciyanıń qoljetimli bolıwına múmkinshilik beredi. Ádette, bul aldıńǵı ALU operaciyasınan saqlanǵan ótkiziw-shıǵısı bolǵan bir pútin «ótkiziw-kirisi» biti.

Sxema jumısı

Erte tórt bitli ALU bolǵan 74181 integral sxemasınıń logikalıq dárwazaları menen birge kombinaciyalıq logikalıq sxeması

ALU – kombinaciyalıq logikalıq sxema, yaǵnıy onıń shıǵısları kirislerdegi ózgerislerge juwap retinde asinxron túrde ózgeredi. Normal jumıs rejiminde, barlıq ALU kirislerine turaqlı signallar beriledi hám signallar ALU sxeması arqalı ótiwi ushın jetkilikli waqıt («tarqalıw keshigiwi» dep ataladı) ótken soń, ALU operaciyasınıń nátiyjesi ALU shıǵıslarında payda boladı. ALUǵa jalǵanǵan sırtqı sxema operaciya dawamında ALU kiris signallarınıń turaqlılıǵın támiyinlewge hám ALU shıǵısların almastan aldın signallardıń ALU sxeması arqalı ótiwi ushın jetkilikli waqıt beriwge juwapker.

Ulıwma alǵanda, sırtqı sxema ALU kirislerine signallar beriw arqalı ALUdı basqaradı. Ádette, sırtqı sxema ALU operaciyasın basqaratuǵın signallardı generaciyalaw ushın izbe-iz logikanı paydalanadı. Sırtqı izbe-iz logika eń jaman jaǵdaylarda (yaǵnıy, maksimal múmkin bolǵan tarqalıw keshigiwin keltirip shıǵaratuǵın sharayatlarda) ALU shıǵıslarınıń turaqlanıwı ushın jetkilikli waqıttı támiyinleytuǵın tómen jiyilikli saat signalı menen retlestiriledi.

Mısalı, CPU operandlardı ózleriniń dereklerinen (ádette processor registrleri) ALUnıń operand kirislerine baǵdarlaw arqalı qosıw operaciyasın baslaydı, sonıń menen bir waqıtta ALUnıń opkod kirisine qosıw operaciyasın orınlawǵa sazlaytuǵın bir mánis beredi. Sol waqıtta, CPU operaciya tamamlanǵannan keyin ALU shıǵısın (qosıw operaciyasınan alınǵan qosındını) saqlaw ushın maqsetli registrdi iske qosadı. Keyingi saatqa shekem turaqlı uslap turılatuǵın ALUnıń kiris signalları, CPU keyingi saattı kútken waqıtta ALU arqalı hám maqsetli registrge ótiwine ruqsat etiledi. Keyingi saat kelgende, maqsetli registr ALU nátiyjesin saqlaydı hám, ALU operaciyası tamamlanǵanlıqtan, ALU kirisleri keyingi ALU operaciyası ushın ornatıwǵa boladı.

Funkciyalar

Bir qatar tiykarǵı arifmetikalıq hám bitlik logikalıq funkciyalar ádette ALUlarda qollap-quwatlanadı. Tiykarǵı, ulıwma maqsetli ALUlarda ádette óz repertuarlarında tómendegi operaciyalar boladı:

Arifmetikalıq operaciyalar

• Qosıw: A hám B qosıladı hám summa Y-te hám ótkiziw-shıǵısında payda boladı.
• Ótkiziw menen qosıw: A, B hám ótkiziw-kirisi qosıladı hám qosındı Y-te hám ótkiziw-shıǵısında payda boladı.
• Alıw: B A-dan (yamasa kerisinshe) alınadı hám ayırmashılıq Y-te hám ótkiziw-shıǵısında payda boladı. Bul funkciya ushın ótkiziw-shıǵısı nátiyjeli túrde «qarız» kórsetkishi bolıp tabıladı. Bul operaciya sonıń menen birge A hám B-nıń úlkenligin salıstırıw ushın da paydalanılıwı múmkin; bunday jaǵdaylarda Y shıǵısı processordıń itibarınan shette qaladı, ol tek operaciyadan kelip shıqqan status bitlerine (ásirese nol hám teris) ǵana qızıǵadı.
• Qarız benen alıw: B A-dan (yamasa kerisinshe) qarız (ótkiziw-kirisi) menen alınadı hám ayırmashılıq Y-te hám ótkiziw-shıǵısında (qarız shıǵıw) payda boladı.
• Eki tolıqtırıwshısı: A-nıń (yamasa B-nıń) teris mánisi Y-te ekinin tolıqtırıwshı formasında payda boladı.
• Ósiw: A (yamasa B) birge kóbeytiledi hám nátiyje mánisi Y-te payda boladı.
• Dekrement: A (yamasa B) birge azayadı hám nátiyjelik mánisi Y-te payda boladı.