Dans le système informatique, ALU est un composant principal de l'unité centrale de traitement, qui signifie unité logique arithmétique et effectue des opérations arithmétiques et logiques. Il est également connu sous le nom d'unité entière (UI), qui est un circuit intégré dans un CPU ou un GPU, qui est le dernier composant à effectuer des calculs dans le processeur. Il a la capacité d'effectuer tous les processus liés aux opérations arithmétiques et logiques telles que les opérations d'addition, de soustraction et de décalage, y compris les comparaisons booléennes (opérations XOR, OR, AND et NOT). En outre, les nombres binaires peuvent accomplir des opérations mathématiques et au niveau des bits. L'unité arithmétique et logique est divisée en AU (unité arithmétique) et LU (unité logique). Les opérandes et le code utilisés par l'ALU lui indiquent quelles opérations doivent être effectuées en fonction des données d'entrée. Lorsque l'ALU termine le traitement de l'entrée, les informations sont envoyées à la mémoire de l'ordinateur.

En plus d'effectuer des calculs liés à l'addition et à la soustraction, les ALU gèrent la multiplication de deux entiers car elles sont conçues pour exécuter des calculs d'entiers ; par conséquent, son résultat est également un entier. Cependant, les opérations de division ne peuvent généralement pas être effectuées par ALU, car les opérations de division peuvent produire un résultat sous la forme d'un nombre à virgule flottante. Au lieu de cela, l'unité à virgule flottante (FPU) gère généralement les opérations de division ; d'autres calculs non entiers peuvent également être effectués par FPU.

De plus, les ingénieurs peuvent concevoir l’ALU pour effectuer tout type d’opération. Cependant, l'ALU devient plus coûteux à mesure que les opérations deviennent plus complexes, car l'ALU détruit plus de chaleur et occupe plus d'espace dans le processeur. C'est la raison pour laquelle les ingénieurs ont créé un ALU puissant, ce qui garantit que le processeur est également rapide et puissant.

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Les calculs nécessaires à la CPU sont gérés par l'unité arithmétique et logique (ALU) ; la plupart des opérations parmi elles sont de nature logique. Si le processeur est rendu plus puissant, celui-ci est conçu sur la base de l'ALU. Ensuite, cela crée plus de chaleur et consomme plus de puissance ou d’énergie. Par conséquent, il faut faire preuve de modération entre la complexité et la puissance de l’ALU et ne pas être plus coûteux. C’est la principale raison pour laquelle les processeurs plus rapides sont plus coûteux ; par conséquent, ils consomment beaucoup d’énergie et détruisent plus de chaleur. Les opérations arithmétiques et logiques sont les principales opérations effectuées par l'ALU ; il effectue également des opérations de décalage de bits.

Bien que l'ALU soit un composant majeur du processeur, sa conception et sa fonction peuvent être différentes selon les processeurs. Par exemple, certaines ALU sont conçues pour effectuer uniquement des calculs d'entiers, et d'autres sont destinées aux opérations à virgule flottante. Certains processeurs incluent une seule unité logique arithmétique pour effectuer des opérations, et d'autres peuvent contenir de nombreuses ALU pour effectuer des calculs. Les opérations réalisées par ALU sont :

Opérations logiques :Les opérations logiques comprennent NOR, NOT, AND, NAND, OR, XOR, etc.Opérations de décalage de bits :Elle est responsable du déplacement des emplacements des bits vers la droite ou vers la gauche d'un certain nombre de places que l'on appelle opération de multiplication.Opérations arithmétiques:Bien qu'il effectue des multiplications et des divisions, cela fait référence à l'addition et à la soustraction de bits. Mais les opérations de multiplication et de division sont plus coûteuses à réaliser. À la place de la multiplication, l’addition peut être utilisée comme substitut et la soustraction pour la division.

Signaux de l'unité arithmétique et logique (ALU)

Une variété de connexions électriques d'entrée et de sortie sont contenues par l'ALU, ce qui a conduit à diffuser les signaux numériques entre l'électronique externe et l'ALU.

L'entrée ALU reçoit les signaux des circuits externes et, en réponse, l'électronique externe reçoit les signaux de sortie de l'ALU.

Données: Trois bus parallèles sont contenus par l'ALU, qui comprennent deux opérandes d'entrée et de sortie. Ces trois bus gèrent le nombre de signaux, qui est le même.

Opcode : Lorsque l'ALU va effectuer l'opération, le code de sélection d'opération décrit quel type d'opération une ALU va effectuer une opération arithmétique ou logique.

Statut

Sortir:Les résultats des opérations ALU sont fournis par les sorties d'état sous forme de données supplémentaires car il s'agit de signaux multiples. Habituellement, les signaux d'état tels que débordement, zéro, exécution, négatif, etc. sont contenus dans les ALU générales. Lorsque l'ALU termine chaque opération, les registres externes contenaient les signaux de sortie d'état. Ces signaux sont stockés dans les registres externes qui ont conduit à les rendre disponibles pour les futures opérations ALU.Saisir:Lorsqu'ALU effectue une fois l'opération, les entrées d'état permettent à ALU d'accéder à des informations supplémentaires pour terminer l'opération avec succès. De plus, le report stocké d'une opération ALU précédente est connu sous le nom de bit de « report » unique.

Configurations de l'ALU

La description de la façon dont ALU interagit avec le processeur est donnée ci-dessous. Chaque unité arithmétique et logique comprend les configurations suivantes :

• Architecture d'ensemble d'instructions
• Accumulateur
• Empiler
• S'inscrire pour s'inscrire
• Pile de registre
• Enregistrer la mémoire

Accumulateur

Le résultat intermédiaire de chaque opération est contenu dans l'accumulateur, ce qui signifie que l'architecture du jeu d'instructions (ISA) n'est pas plus complexe car il suffit de conserver un seul bit.

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Généralement, ils sont beaucoup plus rapides et moins complexes mais pour rendre l'accumulateur plus stable ; les codes supplémentaires doivent être écrits pour le remplir avec les valeurs appropriées. Malheureusement, avec un seul processeur, il est très difficile de trouver des accumulateurs pour exécuter le parallélisme. Un exemple d’accumulateur est la calculatrice de bureau.

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Empiler

Chaque fois que les dernières opérations sont effectuées, celles-ci sont stockées sur la pile qui contient les programmes dans un ordre descendant, qui est un petit registre. Lorsque les nouveaux programmes sont ajoutés à exécuter, ils poussent à mettre les anciens programmes.

Architecture de registre-registre

Il comprend un emplacement pour 1 instruction de destination et 2 instructions source, également appelée machine d'opération à 3 registres. Cette architecture de jeu d'instructions doit être plus longue pour stocker trois opérandes, 1 destination et 2 sources. Après la fin des opérations, la réécriture des résultats dans les registres serait difficile et la longueur du mot devrait également être plus longue. Cependant, cela peut entraîner davantage de problèmes de synchronisation si la règle de réécriture est suivie à cet endroit.

Le composant MIPS est un exemple de l'architecture registre à registre. Pour l’entrée, il utilise deux opérandes et pour la sortie, il utilise un troisième composant distinct. L'espace de stockage est difficile à maintenir car chacun a besoin d'une mémoire distincte ; par conséquent, il doit être premium à tout moment. De plus, certaines opérations peuvent être difficiles à réaliser.

S'inscrire - Architecture de pile

Généralement, la combinaison des opérations de registre et d'accumulateur est connue sous le nom de Register - Stack Architecture. Les opérations qui doivent être effectuées dans l'architecture de pile de registres sont placées en haut de la pile. Et ses résultats sont conservés en haut de la pile. Grâce à la méthode de polissage inversé, des opérations mathématiques plus complexes peuvent être décomposées. Certains programmeurs, pour représenter les opérandes, utilisent le concept d'arbre binaire. Cela signifie que la méthodologie de polissage inversé peut être simple pour ces programmeurs, alors qu'elle peut être difficile pour d'autres programmeurs. Pour effectuer les opérations Push et Pop, il est nécessaire de créer un nouveau matériel.

Registre et mémoire

Dans cette architecture, un opérande provient du registre et l'autre de la mémoire externe car c'est l'une des architectures les plus compliquées. La raison en est que chaque programme peut être très long car il doit être conservé dans un espace mémoire complet. Généralement, cette technologie est intégrée à la technologie Register-Register Register et ne peut pratiquement pas être utilisée séparément.

Avantages de l'ALU

ALU présente divers avantages, qui sont les suivants :

• Il prend en charge une architecture parallèle et des applications hautes performances.
• Il a la capacité d’obtenir simultanément le résultat souhaité et de combiner des variables entières et à virgule flottante.
• Il a la capacité d’exécuter des instructions sur un très grand ensemble et possède une grande précision.
• Deux opérations arithmétiques dans le même code, comme l'addition et la multiplication ou l'addition et la soustraction, ou deux opérandes quelconques, peuvent être combinées par l'ALU. Par exemple, A+B*C.
• Tout au long du programme, ils restent uniformes et sont espacés de manière à ne pas interrompre une partie entre les deux.
• En général, c'est très rapide ; par conséquent, il fournit des résultats rapidement.
• Il n'y a aucun problème de sensibilité ni de gaspillage de mémoire avec ALU.
• Ils sont moins chers et minimisent les exigences en matière de porte logique.

Inconvénients de l'ALU

Les inconvénients de l’ALU sont discutés ci-dessous :

• Avec l'ALU, les variables flottantes ont plus de retards et le contrôleur conçu n'est pas facile à comprendre.

• Les bugs se produiraient dans notre résultat si l'espace mémoire était défini.
• Il est difficile de comprendre les amateurs tant leur circuit est complexe ; de plus, le concept de pipeline est complexe à comprendre.
• Un inconvénient avéré de l'ALU est qu'il existe des irrégularités dans les latences.
• Un autre inconvénient est l'arrondi, qui a un impact sur la précision.