Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Aritmeticko - logická jednotka OB21-OP-EL-CT-JANC-M-3-006

Aritmeticko - logická jednotka John von Neumann navrhl krátce po druhé světové válce schéma počítače, které je s malými úpravami platné dodnes. Činnost počítače řídí řadič, který vydává povely všem ostatním částem, tedy vstupním a výstupním zařízením, operační paměti a aritmeticko-logické jednotce (ALU).

Aritmeticko - logická jednotka Blokové schéma počítače podle Johna von Neumanna

Aritmeticko - logická jednotka Principy činnosti počítače podle von Neumanna: do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program pro provedení výpočtu do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí data, se kterými program bude pracovat provede se výpočet v ALU, která je řízená řadičem. Mezivýsledky jsou ukládány do paměti. po provedení výpočtu jsou výsledky poslány na výstupní zařízení

Aritmeticko - logická jednotka Odlišnosti dnešních počítačů: možnost umístění více procesorů v počítači multitasking (paralelní zpracování více programů) program se nemusí do paměti zavádět celý, ale po částech existují vstupně-výstupní zařízení

Aritmeticko - logická jednotka Aritmeticko-logická jednotka – ALU (Arithmetic Logic Unit) je část procesoru, která provádí výpočty. Prováděné operace jsou na základní úrovni (u některých mikroprocesorů jen sčítání, odčítání a základní logické operace jako logický součet, součin, negace, posuv…).

Aritmeticko - logická jednotka Jádrem ALU je operační blok, který zpracovává operandy přivedené na vstupy. Na jeho výstupu se výsledek operace předá k dalšímu zpracování. Střadač je vlastně registr, ve kterém se uchovávají data (například druhý operand pro operaci sčítání, mezivýsledek minulé operace …). Registr příznaků (stavový registr) – jedná se o registr, u kterého se využívají jednotlivé bity.

Aritmeticko - logická jednotka Každý bit určuje určitý příznak (nastavení 0 nebo 1) jako například: příznak přenosu do vyššího řádu při sčítání příznak nuly příznak znaménka V mikroprocesoru se v dnešní době nacházejí i další pomocné registry, které rozšiřují schopnosti procesoru. Například indexové registry se využívají při výpočtu adresy paměti, s níž se má provést operace.

Aritmeticko - logická jednotka Blokové schéma aritmeticko logické jednotky

Aritmeticko - logická jednotka Zásobníková paměť (stack, LIFO) se používá pro zápis adres návratu při volání mikroprogramu nebo pro dočasný zápis obsahu registrů po dobu provádění pomocného výpočtu.   Procesor je jednou z nejdůležitějších částí počítače. V dnešní době se procesor vyskytuje hlavně v podobě mikroprocesoru (integrovaného obvodu). Základními částmi procesoru jsou ALU (aritmeticko logická jednotka) a CU (Control Unit - řadič). V moderních mikroprocesorech se samozřejmě vyskytují další jednotky FPU (koprocesor), jednotka větvení atd. Mnohdy jsou výkonné jednotky přítomné v procesoru více než jednou (superskalární procesor).

Aritmeticko - logická jednotka Jednoduchá aritmeticko - logická jednotka ( ALU) je řízena signály F0 a F1, které umožňují 4 možné operace: buď na sběrnici R pouští obsah zbernice A, anebo vykoná logický součet čísel na sběrnicích A, B, anebo vykoná logický součin čísel na sběrnicích A, B, anebo na sběrnici R dává negaci čísla ze sběrnice A. Tyto 4 logické operace stačí pro vykonání libovolné aritmetické, či logické operace.

Aritmeticko - logická jednotka F0 F1 R 0 0 A 0 1 A+B 1 0 A&B 1 1 not(A)

Shifter Pro realizaci dalších matematických operací (násobení, dělení) je nutný posun binárního čísla doleva resp. doprava o 1 bit. Logický obvod pro posouvání se nazývá shifter nebo posuvný registr. Shifter Shifter (SH) je řízený řídícími signály F2 a F3, které umožňují 3 možné operace (kombinace 1,1 je nedovolená): buď na sběrnici S pouští obsah sběrnice R, anebo vykoná posun doprava či doleva - t. j. na sběrnici S dává posunuté číslo ze sběrnice R daným směrem.

Shifter F2 F3 S 0 0 R 0 1 posun do L 1 0 posun do P 1 1 nedef.

Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

Literatura M. Antošová, V. Davídek: Číslicová technika, Kopp České Budějovice, 2008 J. Bernard, J. Hugon, R. Le Corvec: Od logických obvodů k mikroprocesorům I http://www.informatika.xcars.cz/docs/2_14.doc