Trung tâm đào tạo thiết kế vi mạch Semicon

Trung tâm đào tạo thiết kế mạch vi Semicon

Trong CPU, một bộ số học và logic (ALU – Arithmetic logic unit) là một mạch điện thực hiện các phép tính số học và logic.

ALU (Arthmetic Logic Unit) là một mạch điện thực hiện các phép tính số học và logic. ALU là thành phần cơ bản của CPU của máy tính, có chức năng thực hiện các phép toán số học và logic, sau đó trả lại kết quả cho thanh ghi và bộ nhớ.

Nhà toán học John von Neumann đã phát minh ra lý thuyết về ALU vào năm 1945, khi viết một báo cáo cho EDVAC.

Giai đoạn sơ khai

Ký hiệu Giản đồ của ALU

Năm 1946, von Neumann đã nghiên cứu cùng các sinh viên để thiết kế một chiếc máy tính cho Viện nghiên cứu cao cấp Princeton (IAS) ở Princeton, New Jersey. và chiếc máy tính IAS đã trở thành tiền thân cho nhiều máy tính thế hệ sau này. Trong đề xuất, von Neumann đề cập đến những yếu tố quan trọng cần có trong máy tính, bao gồm cả ALU.

John von Neumann tin rằng ALU là một thành phần cần thiết cho một máy tính vì máy tính chỉ tính toán các phép toán bao gồm cộng, trừ, nhân và chia.

Có Thể Bạn Quan Tâm :   Phân biệt phấn nước và phấn tươi? Nên dùng phấn nào trang điểm?

Hệ thống số

Một ALU phải xử lí các số bằng cách sử dụng hệ thống số nhị phân chỉ với 2 ký tự là 0 và 1. Việc biểu diễn các số trong hệ thập phân yêu cầu sử dụng hàng chục transistor.

Mỗi ALU có một thiết kế khác nhau, nhưng đều tuân theo qui tắc mã bù hai. Điều này cho phép bộ ALU dễ dàng tính toán các phép cộng và phép trừ.

Hệ thống mã bù hai cho phép thực hiện phép trừ bằng cách cộng thêm số bù của số bị trừ vào số trừ đi.

Tổng quan

Thường thì một phép toán được thực hiện bởi một hoặc nhiều ALU. Một ALU tải dữ liệu từ thanh ghi, là một bộ điều khiển. ALU thực hiện tính toán và lưu kết quả vào một thanh ghi kết quả. Một hệ thống khác được sử dụng để di chuyển dữ liệu giữa các thanh ghi và bộ nhớ.

Các phép toán đơn giản

Một ví dụ về ALU (2-bit ALU) thực hiện các phép toán AND, OR, XOR và cộng

Có Thể Bạn Quan Tâm :   PaaS là gì: Ứng dụng kinh ngạc của nó trong Cloud Computing

Đa số các ALU có thể thực hiện các phép toán sau:

-Số nguyên (cộng, trừ, nhân và chia)

-Bit logic (AND, NOT, OR, XOR)

-Dịch các bit

Các phép toán phức tạp

Một kỹ sư có thể thiết kế một ALU để tính toán phức tạp. Tuy nhiên, vấn đề nằm ở việc phép toán phức tạp thì càng đòi hỏi chi phí cao, bộ xử lý lớn và tiêu thụ năng lượng nhiều hơn và cetera.

Do đó, các kỹ sư thường phải cân nhắc làm sao để đạt được sự cân bằng, cung cấp cho bộ xử lý một ALU đủ mạnh để thực hiện phép toán nhanh chóng, nhưng không quá phức tạp. Điều này được gọi là giả lập phần mềm.

Ngõ vào và ngõ ra

Dữ liệu được đưa vào ALU thông qua các toán tử và mã lệnh từ bộ điều khiển để xác định phép toán nào sẽ được thực hiện. Dữ liệu kết quả được xuất ra sau khi phép toán được thực hiện.

Có nhiều thiết kế ALU đã tự tạo hoặc sinh mã lệnh điều kiện cho dữ liệu vào hoặc dữ liệu ra của thanh ghi trạng thái. Các mã lệnh này được sử dụng để xác định các tình huống như carry, tràn số, chia cho 0, và nhiều hơn nữa.

Có Thể Bạn Quan Tâm :   Lý thuyết liên kết ion - tinh thể ion

ALU và FPU

Một đơn vị điểm động (Floating point unit – FPU) cũng thực hiện các phép toán giữa hai giá trị, nhưng thực hiện dựa trên dạng số thực dấu phẩy động, phức tạp hơn so với dạng mã bù hai của các ALU thông thường. FPU bao gồm nhiều mạch điện tử phức tạp, và bao gồm cả một số ALU.

Thường thì các ALU thực hiện các phép toán số học với dạng số nguyên (ví dụ: mã bù hai và BCD), trong khi FPU thực hiện tính toán các dạng phức tạp như số thực dấu phẩy động, số phức, và nhiều hơn nữa.

Tham khảo: Tổng Hợp

Bạn có đam mê với mạch vi hay nhúng – Bạn muốn nâng cao kỹ năng của mình

Mong muốn có thêm cơ hội trong công việc

Và trở thành một người có giá trị hơn

Hotline: 0972.800.931 – 0938.838.404 (Ông Long)

Back to top button