Dựa bên trên phần lớn kiến thức và kỹ năng Kiến trúc máy tính đã có được học, đề tài hướng về phương châm mô bỏng phương pháp hoạt động vui chơi của ALU ở tầm mức độ đơn giản dễ dàng. Qua kia giới thiệu cấu tạo yếu tố cùng ngulặng lí hoạt động vui chơi của ALU vào máy tính năng lượng điện tử.

Bạn đang xem: Alu là gì trong máy tính


*
by Trịnh Hồng Ngọc
Nội dungĐặt vấn đề

Lúc bấy giờ tính trạng nhiều sinh viên theo học tập ngành Khoa học tập máy vi tính ra ngôi trường mà lại không hiểu rõ nguyên lí hoạt động cơ phiên bản của máy tính dẫn tới sự việc bắt buộc làm tốt các quá trình của ngành này

Việc làm rõ những nguim lí buổi giao lưu của laptop là khôn cùng đặc trưng, tương tự như việc một bác sĩ phẫu thuật nhằm rất có thể làm giỏi các bước của chính mình bắt buộc hiểu rõ tận tường về những phần tử trong khung hình nếu không hoàn toàn có thể còn lại các kết quả rất lớn. Đối với công việc như thiết kế giúp tạo nên những phần mềm máy tính xách tay bao gồm rất tốt.

Lý vày chọn đề tài

Những cái máy vi tính ngày này thì phức hợp rộng bao giờ không còn, chúng là sự việc kết tinc trí tuệ của nhân loại để phát hành đều cái máy bé dại gọn gàng, tốc độ up date mạnh mẽ. Bởi vày laptop càng ngày phức tạp, những người làm việc vào nghành nghề công nghệ laptop bắt buộc gọi sâu về ngulặng lí hoạt động cơ phiên bản của máy tính vị chúng đã có bịt bịt bởi những vỏ hộp Đen tốt mặt hàng tá những ứng dụng độc quyền, cũng giống như câu hỏi chúng ta vào rừng mà lại chỉ thấy cây chứ không hề thấy rừng. Mặc dù, máy tính ngày dần trngơi nghỉ yêu cầu phức hợp dẫu vậy chúng vẫn đang còn thông thường hầu hết ngulặng lí cơ bạn dạng. Thế đề nghị, em suy nghĩ nếu muốn cho các sinh viên gọi phương pháp máy tính hoạt động, và phát âm nó một phương pháp thấu đáo, thì chắc rằng phương pháp xuất sắc nhất là mang đến họ desgin một máy tính hoàn hảo, chạy được, phổ biến cùng bổ ích cùng với phần mềm với phần cứng, từ bỏ mở màn, tự rất nhiều nguyên lý cơ bản. Do đó, em đã chọn đề bài Xây dựng và tế bào bỏng phương thức buổi giao lưu của vật dụng vi tính tuy nhiên vị vấn đề hơi béo cần em chỉ dừng ở mức mô bỏng nhân tố quan trọng đặc biệt độc nhất của dòng sản phẩm tính chính là ALU.

Công ráng giải quyết

Sử dụng lịch trình tế bào bỏng Hartware mang tên Hardware Simulator để tế bào bỏng chip ALU của dòng sản phẩm tính. Tiến hành desgin cấu hình mang lại chip ALU tự hầu như nguyên ổn lí cơ bạn dạng duy nhất thông qua ngôn ngữ đặc tả Hartware HDL trường đoản cú đó chuyển vào phần mềm để chạy.

Hardware Simulator hoàn toàn có thể mô rộp bí quyết buổi giao lưu của số đông toàn cục các nguyên tố của dòng sản phẩm tính như:

CPUBộ lưu giữ trongRAM

Sử dụng Hardware Simulator giúp đọc sâu được biện pháp hoạt động của các Hartware này Lúc nó vận động từ bỏ kia hoàn toàn có thể không ngừng mở rộng kỹ năng lên cao hơn nữa.

4. Phương thơm pháp nghiên cứu

Ø Phương pháp đối chiếu với tổng phù hợp thuyết

Ø Phương pháp quy mô hóa

II. Kết quả

1. Kết trái nghiên cứu lý thuyết

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

Cấu trúc phần cứng bao gồm của một khối hệ thống máy tính gồm:

Ø Sở xử lí trung trung khu (CPU) – dùng để điều kiển cùng cập nhật dữ liệu

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

Ø Bộ lưu giữ lắp thêm cung cấp (Secondary Storage) – tàng trữ tài liệu vĩnh viễn

Ø Các thứ vào ra

Ø Hệ thống trao đổi – hỗ trợ chính sách giao tiếp thân những yếu tố của sản phẩm tính

Cấu trúc bên trên được tổ chức triển khai gồm nhiều thành phần tự Hartware tới phần mềm cùng chúng được chia thành những lớp, từng lớp Chịu đựng trách nát nhiệm riêng

 

1.2. Cổng Logic

Cổng Logic là nhân tố cơ bản độc nhất của dòng sản phẩm tính năng lượng điện tử, đó là mạch điện thực hiện một hàm Boole lphát minh hóa. có nghĩa là, nó triển khai một phép toán thù logic bên trên một hoặc các ngắn gọn xúc tích đầu vào, và tạo ra một tác dụng súc tích ra tốt nhất, với thời hạn tiến hành lý tưởng phát minh hóa là không tồn tại độ trễ.

Có 2 nhiều loại cổng lô ghích sẽ là các loại dễ dàng và đơn giản (Elementary Logic Gate) nhỏng NAND, OR, AND, NOT cùng các loại tinh vi (Composite Logic Gate) tinh vi rộng được tạo nên tự đều cổng ngắn gọn xúc tích dễ dàng và đơn giản hoàn toàn có thể nói đến nlỗi ADDER, MUX

Một cổng xúc tích là 1 trong những bé chip solo khôn xiết đơn giản được thiết kế theo phong cách nhằm tiến hành tính năng định sẵn.

Để biểu lộ các công dụng của hàm xúc tích và ngắn gọn bên trên phần cứng hoàn toàn có thể dùng mạch điện đơn giản nhỏng sau:

Lúc ao ước biểu diễn tác dụng 1 của hàm xúc tích và ngắn gọn, bọn họ vẫn trả sử là mẫu đèn đã sáng sủa với trở lại đèn đang tắt Lúc hàm xúc tích trả về giá trị 0

Dưới đấy là một số trong những cổng xúc tích đơn giản hay gặp

Cổng NAND

Ø Có 2 quý hiếm nguồn vào cùng một cực hiếm đầu ra

Ø

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

Cổng AND

Ø

Ø Code minch hoạ biện pháp hoạt động: if (a == 1 và b == 1) then out = 1 else out = 0

Cổng OR

Ø

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

 

Cổng NOT

Ø

Ø Code minc hoạ cách hoạt động: if (in ==0) then out =1 else out =0

1.3. Ngôn ngữ mô tả Hartware HDL (Hardware Description Language)

HDL là ngữ điệu đặc tả Hartware, nó đơn giản và dễ dàng chỉ là một trong file văn bản dùng để làm diễn tả các tính năng nhưng mà một bé chip tiến hành. HDL hay dùng để thi công với xem sét một bé chip.

Với hình minch hoạ cổng ngắn gọn xúc tích OR nghỉ ngơi bên trên, có thể tư duy ra rằng hàm OR chỉ giới thiệu hiệu quả một trong 2 trường hòa hợp là một trong những vào 2 đầu vào bằng 1, từ bỏ đó ta hoàn toàn có thể xây dựng nên sơ thiết bị cổng như sau

Sơ trang bị cổng nhiều lúc có cách gọi khác là đồ họa của một nhỏ chip (Gate Interface), nhờ vào sơ đồ cổng này ta có thể bước đầu viết ra ngữ điệu HDL để lấy vào chạy test bên trên laptop.

Xem thêm: Igmp Snooping Là Gì ? Cách Hoạt Động Của Giao Thức Igmp

Một đoạn mã vào tệp tin HDL để biểu lộ tính năng của hàm XOR

Một chip được tư tưởng một công tác HDL đơn lẻ trong mỗi tệp tin. CPU XOR sẽ sở hữu tệp tin HDL là xor.hdl

Cấu trúc của một HDL tất cả 2 phần là phần đầu với phần thân. Phần đầu sẽ tư tưởng đồ họa của con chip, phần thân quan niệm chức năng cơ mà nhỏ chip đã tiến hành.

1.4. Biểu diễn số học tập vào sản phẩm tính

Chúng ta sẽ biết máy tính xách tay chỉ có đọc được 2 cực hiếm là 0 và 1. Vậy máy tính có thể làm gì với 2 con số này, tất nhiên là chúng ta sản xuất ra máy tính xách tay để triển khai điều nào đấy có ích mang lại con tín đồ.

Không giống hệt như hệ thập phân, được tạo ra bên trên cơ 10 số, hệ nhị phân được ra bởi vì 2 số. Lúc được đến một trong những nhị phân, trả sử như “10011”, với số này màn biểu diễn một số nguim, ta tất cả biểu diễn số này sinh sống dạng thập phân theo quy 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 nhị số nhị phân?

Một cặp số nhị phân có thể cộng với nhau từng số một trường đoản cú bắt buộc qua trái theo phương thức Khi cùng số thập phân. Đầu tiên chúng ta cộng nhì số xung quanh cùng mặt phải, nói một cách khác là Least Significant Bits (LSB) của nhì số nhị phân sau đó cùng bit ghi nhớ (rất có thể là 0 hoặc 1) vào tổng của cặp bit tiếp sau phía bên trái. Chúng ta thường xuyên quá trình này cho đến lúc cặp bit kế bên thuộc bên trái xuất xắc có cách gọi khác là Most Significant Bits (MSB) được cộng. Nếu cặp bit MSB tất cả công dụng bit nhớ là 1, họ nói phnghiền cùng bị tràn (overflow), trở lại phnghiền cùng xong.

Biểu diễn số nhị phân tất cả vệt vào trang bị tính?

Một hệ nhị phân n số rất có thể tạo nên một tập 2n những số nhị phân khác nhau. Nếu họ buộc phải màn biểu diễn số âm, phương án dễ dàng và đơn giản sẽ là phân tách tập số nhị chia thành nhì tập bé cân nhau, một nửa là tập những số dương cùng một phần là tập những số âm. Mỗi tập số các chứa một kí hiệu số để nhận biết đó là số âm xuất xắc số dương

Điều này dẫn tới việc bọn họ cần xây đắp ra cách thức biểu diễn số âm trong laptop. Pmùi hương pháp áp dụng thời nay do phần nhiều các máy vi tính tân tiến gọi là phương pháp bù 2. Trong một hệ nhị phân cùng với n số, số bù 2 của số x được khái niệm nhỏng sau:

ví dụ như, với số nhị phân 5 bit, số bù hai của số (-2)10 xuất xắc (00010)2 là

25 – (00010)2 = (32)10 – (2)10 = (30)10 = (11110)2. Để kiểm soát tác dụng của phxay tính, chúng ta có thể tính (00010)2 + (11110)2 = (00000)2

vì thế, phương thức bù 2 hoàn toàn có thể biểu các số nguyên tất cả dấu cùng không dấu nhưng mà không buộc phải bất kể phần cứng đặc trưng như thế nào.

Thông qua màn biểu diễn số âm bạn có thể ảnh hưởng đến phnghiền trừ nhị số nhị phân x – y có thể chuyển đổi thành x + (-y).

1.5. Tìm hiểu ALU

ALU (Arithmetic Logic Unit) là bộ xử lý số học tập vào máy tính xách tay, là một trong những trong 3 thành CPU tiến hành những tác dụng tính toán.

Những bé chip bên phía trong cũng tương tự giống như những con chip xúc tích và ngắn gọn nhưng mà vậy vào đó nó tiến hành các phép tính toán số học tập.

Xem thêm: Cơ Quan Có Thẩm Quyền Tiếng Anh Là Gì, Nghĩa Của Từ : Authorities

Phần đặc trưng tốt nhất của một CPU đó đó là ALU. ALU và tính toán thù thông qua một hàm xác định fi (x, y) trong những số đó x cùng y là 16 bit đầu vào cùng out là 16 bit đầu ra được ALU tính tân oán, fi là hàm cơ mà hàm toán thù học hoặc xúc tích nhưng ALU lụa chọn từ kho chứa những hàm này. Chúng ta vẫn lí giải cách ALU chọn các hàm này bằng cách đưa vào trong 1 bit tinh chỉnh và điều khiển bao gồm 6 bits, thông qua 6 bits này ALU đang biết rất cần phải tính toán thù cái gì để chọn lọc từ kho cất những hàm tính tân oán. Mỗi một bit trong 6 bit tinh chỉnh sẽ giải đáp ALU làm cho một nhiệm vụ khác nhau. Kết phù hợp 6 bit lại với nhau đã khiến cho ALU hoàn toàn có thể triển khai được phong phú và đa dạng không ít tác dụng. Vì bọn họ có 6 bit tinh chỉnh và điều khiển đề nghị sẽ sở hữu 26 = 64 hàm không giống nhau.

Chúng ta có thể thấy lập trình sẵn ALU để tính tân oán một công dụng nhất định được điều khiển thông qua 6 bit. Dưới đây là tế bào bỏng xây cất của ALU

Ø Đầu vào x<16>, y<16> : 2 số nhị phân 16 bit

· zx: Lưu trữ các bit đầu vào là 0 của x

· nx: Đảo ngược quý hiếm của x

· zy: Lưu trữ những bit nguồn vào là 0 của y

· ny: Đạo ngược quý giá của y

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

· no: Đảo ngược giá trị đầu ra

Ø Đầu ra out<16> : 16 bit nhị phân cố nhiên nhị phát triển thành điều khiển

· Zr: True nếu như out = 0

· Ng: True nếu như out 1.  

2. 2. Chạy bên trên Hartware mô phỏng

Đây là 1 trong những file HDL tế bào rộp ALU nhằm điều khiển xe trên Hartware tế bào phỏng

Giao diện chương trình tế bào rộp Hartware

Nạp chip ALU.hdl vào chương trình:

 

 

 

 

 

Thực hiện tại phnghiền tính y – x (trăng tròn – 30) với bit tinh chỉnh 000111

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

<1>. NAND khổng lồ 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