Alu là gì trong máy tính

Dựa trên hầu như kỹ năng Kiến trúc máy tính xách tay đã làm được học, chủ đề hướng về phương châm tế bào phỏng cách thức hoạt động vui chơi của ALU ở tại mức độ đơn giản dễ dàng. Qua kia ra mắt cấu tạo nguyên tố với nguyên lí hoạt động của ALU vào máy tính xách tay điện tử.

Bạn đang xem: Alu là gì trong máy tính


*
by Trịnh Hồng Ngọc
Nội dungĐặt vấn đề

Lúc này tính trạng những sinc viên theo học ngành Khoa học tập máy tính ra trường mà lại ko nắm rõ nguyên lí vận động cơ phiên bản của sản phẩm tính dẫn tới sự việc quan trọng có tác dụng giỏi các công việc của ngành này

Việc nắm rõ các nguyên ổn lí buổi giao lưu của máy tính là khôn xiết quan trọng đặc biệt, cũng giống như vấn đề một bác bỏ sĩ phẫu thuật để hoàn toàn có thể làm giỏi các bước của mình buộc phải làm rõ tỉ mỉ về những thành phần trong cơ thể nếu không có thể để lại những hậu quả cực kỳ nghiêm trọng. Đối với công việc nhỏng lập trình sẵn giúp tạo ra phần lớn ứng dụng máy tính xách tay tất cả rất tốt.

Lý bởi chọn đề tài

Những cái máy vi tính ngày này thì phức hợp rộng khi nào không còn, chúng là sự kết tinc trí tuệ của thế giới nhằm cho ra đời đều cái máy nhỏ gọn gàng, tốc độ xử lý trẻ trung và tràn trề sức khỏe. Bởi bởi máy tính ngày càng phức tạp, những người dân thao tác vào nghành kỹ thuật máy tính xách tay tất yêu gọi sâu về nguim lí chuyển động cơ bản của dòng sản phẩm tính vị chúng đã làm được bịt đậy vì những vỏ hộp Đen xuất xắc hàng tá các phần mềm độc quyền, cũng tương tự câu hỏi họ vào rừng mà lại chỉ thấy cây chứ không cần thấy rừng. Mặc dù, máy vi tính càng ngày càng trlàm việc bắt buộc phức tạp nhưng chúng vẫn có chung những ngulặng lí cơ bản. Thế nên, em nghĩ về nếu muốn cho những sinh viên hiểu cách thức laptop hoạt động, và hiểu nó một cách thấu đáo, thì chắc rằng biện pháp giỏi nhất là đến bọn họ xây dựng một máy tính xách tay hoàn chỉnh, chạy được, thông dụng với có lợi cùng với ứng dụng cùng Hartware, từ bỏ mở đầu, tự hầu như nguyên tắc cơ bản. Do kia, em vẫn lựa chọn đề tài Xây dựng với mô rộp cách thức hoạt động vui chơi của đồ vật vi tính nhưng do đề bài tương đối lớn yêu cầu em chỉ dừng ở mức tế bào rộp yếu tắc quan trọng độc nhất vô nhị của sản phẩm tính chính là ALU.

Công gắng giải quyết

Sử dụng chương trình mô bỏng phần cứng mang tên Hardware Simulator để tế bào phỏng chip ALU của dòng sản phẩm tính. Tiến hành xuất bản thông số kỹ thuật cho chip ALU trường đoản cú đông đảo ngulặng lí cơ bạn dạng tuyệt nhất thông qua ngôn ngữ quánh tả Hartware HDL trường đoản cú đó chuyển vào ứng dụng để chạy.

Hardware Simulator hoàn toàn có thể mô rộp bí quyết hoạt động của phần lớn toàn thể những yếu tố của máy tính như:

CPUSở nhớ trongRAM

Sử dụng Hardware Simulator giúp hiểu sâu được phương pháp hoạt động vui chơi của các Hartware này khi nó chuyển động từ bỏ kia rất có thể mở rộng kiến thức và kỹ năng lên cao không dừng lại ở đó.

4. Pmùi hương pháp nghiên cứu

Ø Phương thơm pháp so sánh cùng tổng hợp lí thuyết

Ø Phương pháp quy mô hóa

II. Kết quả

1. Kết trái nghiên cứu và phân tích lý thuyết

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

Cấu trúc phần cứng chủ yếu của một hệ thống laptop gồm:

Ø Sở up load trung trung ương (CPU) – dùng để điều kiển cùng xử lí dữ liệu

Ø Bộ nhớ thiết yếu (Primary Storage) – giữ dữ liệu

Ø Sở nhớ lắp thêm cung cấp (Secondary Storage) – tàng trữ tài liệu vĩnh viễn

Ø Các sản phẩm vào ra

Ø Hệ thống thương lượng – cung ứng nguyên tắc tiếp xúc thân các nhân tố của sản phẩm tính

Cấu trúc trên được tổ chức gồm nhiều yếu tắc từ bỏ phần cứng cho tới ứng dụng với bọn chúng được chia thành các lớp, mỗi lớp chịu trách nát nhiệm riêng

 

1.2. Cổng Logic

Cổng Logic là nguyên tố cơ bạn dạng tốt nhất của sản phẩm tính năng lượng điện tử, đó là mạch điện thực hiện một hàm Boole lý tưởng phát minh hóa. tức là, nó thực hiện một phép toán logic trên một hoặc nhiều logic nguồn vào, cùng tạo ra một tác dụng súc tích ra nhất, cùng với thời hạn triển khai lý tưởng phát minh hóa là không tồn tại độ trễ.

Có 2 một số loại cổng súc tích đó là nhiều loại dễ dàng (Elementary Logic Gate) nlỗi NAND, OR, AND, NOT với loại phức hợp (Composite Logic Gate) tinh vi rộng được tạo nên từ những cổng ngắn gọn xúc tích đơn giản dễ dàng có thể nói đến nlỗi ADDER, MUX

Một cổng logic là một trong con chip solo hết sức dễ dàng và đơn giản được thiết kế nhằm thực hiện chức năng định sẵn.

Để bộc lộ các chức năng của hàm ngắn gọn xúc tích trên Hartware rất có thể dùng mạch điện dễ dàng và đơn giản nlỗi sau:

Lúc mong mỏi màn biểu diễn hiệu quả 1 của hàm lô ghích, họ sẽ giả sử là cái đèn vẫn sáng sủa cùng ngược lại đèn vẫn tắt khi hàm lô ghích trả về giá trị 0

Dưới đấy là một trong những cổng lô ghích đơn giản dễ dàng thường xuyên gặp

Cổng NAND

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

Ø

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

Cổng AND

Ø

Ø Code minh hoạ giải pháp hoạt động: if (a == 1 and b == 1) then out = 1 else out = 0

Cổng OR

Ø

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

 

Cổng NOT

Ø

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

1.3. Ngôn ngữ biểu đạt phần cứng HDL (Hardware Description Language)

HDL là ngôn ngữ đặc tả Hartware, nó đơn giản và dễ dàng chỉ là 1 trong những file vnạp năng lượng bạn dạng dùng để miêu tả những chức năng mà lại một nhỏ chip tiến hành. HDL thường dùng để làm xuất bản và phân tách một bé chip.

Với hình minc hoạ cổng xúc tích OR sinh sống bên trên, hoàn toàn có thể tư duy ra rằng hàm OR chỉ chỉ dẫn hiệu quả một trong những 2 ngôi trường phù hợp là 1 trong những trong 2 đầu vào bằng 1, tự kia ta hoàn toàn có thể xây hình thành sơ đồ vật cổng nhỏng sau

Sơ vật cổng thỉnh thoảng nói một cách khác là giao diện của một bé chip (Gate Interface), nhờ vào sơ đồ dùng cổng này ta có thể ban đầu viết ra ngôn từ HDL để mang vào chạy test trên laptop.

Xem thêm: Ve Que Ngoai - Tuttle English

Một đoạn mã trong file HDL để biểu lộ chức năng của hàm XOR

Một chip được khái niệm một chương trình HDL đơn lẻ trong những file. Chip XOR sẽ có file HDL là xor.hdl

Cấu trúc của một HDL bao gồm 2 phần là phần đầu với phần thân. Phần đầu vẫn có mang đồ họa của con chip, phần thân định nghĩa tính năng nhưng mà bé chip sẽ tiến hành.

1.4. Biểu diễn số học tập trong đồ vật tính

Chúng ta đã biết laptop chỉ bao gồm hiểu được 2 quý giá là 0 và 1. Vậy máy tính xách tay có thể làm những gì với 2 số lượng này, dĩ nhiên là bọn họ chế tạo ra laptop để gia công điều gì đấy bổ ích cho con bạn.

Không y hệt như hệ thập phân, được tạo thành bên trên cơ 10 số, hệ nhị phân được ra vì 2 số. khi được mang lại một vài nhị phân, đưa sử như “10011”, cùng số này màn biểu diễn một số nguim, ta có trình diễn số này nghỉ ngơi dạng thập phân theo phép tắc sau:

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

Cộng hai số nhị phân?

Một cặp số nhị phân có thể cùng cùng nhau từng số một tự đề xuất qua trái theo phương pháp lúc cộng số thập phân. Đầu tiên họ cùng nhì số ko kể thuộc mặt đề nghị, nói một cách khác là Least Significant Bits (LSB) của nhị số nhị phân tiếp nối cộng bit lưu giữ (hoàn toàn có thể là 0 hoặc 1) vào tổng của cặp bit tiếp theo sau bên trái. Chúng ta thường xuyên quy trình này cho đến khi cặp bit ngoại trừ cùng phía bên trái hay còn gọi là Most Significant Bits (MSB) được cộng. Nếu cặp bit MSB có tác dụng bit hãy nhớ là 1, họ nói phnghiền cộng bị tràn (overflow), ngược lại phxay cùng xong xuôi.

Biểu diễn số nhị phân gồm vết trong thiết bị tính?

Một hệ nhị phân n số rất có thể tạo ra một tập 2n những số nhị phân khác nhau. Nếu chúng ta buộc phải trình diễn số âm, phương án đơn giản và dễ dàng chính là chia tập số nhị phân thành nhị tập nhỏ đều bằng nhau, một phần hai là tập những số dương và một nửa là tập các số âm. Mỗi tập số phần lớn chứa một kí hiệu số nhằm nhận thấy sẽ là số âm giỏi số dương

Như vậy dẫn đến sự việc họ yêu cầu xây cất ra cách thức màn trình diễn số âm trong máy vi tính. Phương pháp áp dụng thời buổi này bởi vì số đông các máy tính hiện đại hotline là cách thức bù 2. Trong một hệ nhị phân cùng với n số, số bù 2 của số x được khái niệm nlỗi sau:

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

25 – (00010)2 = (32)10 – (2)10 = (30)10 = (11110)2. Để đánh giá kết quả của phnghiền tính, bạn có thể tính (00010)2 + (11110)2 = (00000)2

do đó, phương thức bù 2 rất có thể biểu các số nguyên ổn có vết và không lốt nhưng không đề xuất bất kể phần cứng đặc biệt quan trọng làm sao.

Thông qua biểu diễn số âm bạn cũng có thể liên quan mang đến phnghiền trừ nhị số nhị phân x – y có thể biến hóa thành x + (-y).

1.5. Tìm đọc ALU

ALU (Arithmetic Logic Unit) là cỗ up date số học tập vào laptop, là một trong 3 thành CPU thực hiện những tính năng tính tân oán.

Những bé chip bên trong cũng như giống như các con chip logic nhưng nắm vào kia nó triển khai những phxay tính toán thù số học.

Xem thêm: Cách Chặn Facebook Trên Modem Wifi Fpt, Cách Block, Chặn Website Trên Router, Modem

Phần quan trọng độc nhất vô nhị của một CPU đó đó là ALU. ALU và tính toán thù thông qua 1 hàm xác minh fi (x, y) trong số ấy x cùng y là 16 bit nguồn vào và out là 16 bit áp ra output được ALU tính toán, fi là hàm mà hàm toán thù học hoặc lô ghích mà ALU lụa chọn tự kho chứa các hàm này. Chúng ta vẫn lý giải biện pháp ALU chọn các hàm này bằng phương pháp gửi vào một trong những bit điều khiển gồm 6 bits, thông qua 6 bits này ALU sẽ biết rất cần được tính tân oán đồ vật gi để tuyển lựa tự kho đựng các hàm tính toán. Mỗi một bit trong 6 bit tinh chỉnh vẫn gợi ý ALU có tác dụng một nhiệm vụ khác nhau. Kết đúng theo 6 bit lại cùng nhau đã khiến cho ALU hoàn toàn có thể triển khai được đa dạng chủng loại rất nhiều chức năng. Vì bọn họ bao gồm 6 bit điều khiển bắt buộc sẽ có được 26 = 64 hàm không giống nhau.

Chúng ta rất có thể thấy xây dựng ALU để tính toán thù một tác dụng nhất thiết được điều khiển trải qua 6 bit. Dưới đấy là tế bào phỏng thiết kế 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 quý hiếm của y

· f: Mã hàm, một là biểu hiện phnghiền cùng, 0 thể hiện phxay AND

· no: Đảo ngược quý hiếm đầu ra

Ø Đầu ra out<16> : 16 bit nhị phân dĩ nhiên hai vươn lên là điều khiển

· Zr: True nếu như out = 0

· Ng: True giả dụ out 1.  

2. 2. Chạy trên Hartware tế bào phỏng

Đây là 1 tệp tin HDL mô rộp ALU nhằm chạy trên Hartware tế bào phỏng

Giao diện lịch trình mô bỏng phần cứng

Nạp chip ALU.hdl vào chương trình:

 

 

 

 

 

Thực hiện nay phxay tính y – x (đôi mươi – 30) cùng với bit điều khiển và tinh chỉnh 000111

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

<1>. NAND lớn 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: Công Nghệ 4.0