ALU
Aritmetik
Mantık Birimi (AMB) aritmetik ve mantık işlemlerini gerçekleştiren bir dijital
devredir. AMB en basit işlemi gerçekleştiren mikro denetleyiciden, en karmaşık
mikroişlemciye sahip bir bilgisayara kadar tüm işlemcilerin yapıtaşıdır. Modern
bilgisayarların içinde bulunan mikroişlemcilerin ve ekran kartlarının içinde
çok karışık ve güçlü AMB’ler bulunmaktadır. AMB kavramına ilk olarak 1945
yılında matematikçi John von Neumann EDVAC adlı yeni bir bilgisayar üzerine
bulgularını anlatan raporunda değinmiştir.
İşlemciler birçok işlemi bir veya daha çok
AMB ile gerçekleştirilir. AMB veriyi giriş yazmaçlarından alır, işletir ve
sonucu bir çıkış yazmacına kaydeder. Kontrol birimi AMB’nin veriye hangi işlemi
yapacağını seçer. İşlemcinin diğer mekanizmaları yazmaçlar ve hafıza arasında
verileri taşır.
Şekilde görülen 2-bit AMB’nin A ve B
isminde iki tane girişi bulunmaktadır. A[0] & B[0] en anlamsız biti
(basamak değeri en düşük biti), A[1] & B[1] en anlamlı biti (basamak değeri
en yüksek biti) göstermektedir. A ve B girişleri soldaki 4 tane mantık kapısına
(yukarıdan aşağıya) yönlendirilmektedirler: XOR , VE, VEYA ve XOR.Yukarıdaki 3
mantık kapısı XOR, VE ve VEYA işlemini gerçekleştirirken en son XOR kapısı tam
toplayıcının (full adder) giriş kapısıdır. Son adımda ise istenilen sonuç çoklayıcı
yardımıyla seçilir. Denetim biriminden gelen 3 bitlik işlem kodu (OP)
çoklayıcıya hangi girişi seçmesini gerektiğini belirtir.
İşlem
kodu = 000 → XOR İşlem kodu = 001 → VE
İşlem
kodu = 010 → VEYA
İşlem
kodu = 011 → Toplama
Çoklayıcının
geri kalan 4 çıkışı farklı işlemler (çıkarma,çarpma vs.) için boş durumda
beklemektedir.Gelen elde(carry-in) ve çıkan elde (carry-out) bir çeşit durum
yazmacına bağlanmıştır.
1) Aritmetik ve lojik ünite
İşlemci tarafından
gerçekleştirilecek matematiksel ve mantıksal işlemlerin yapıldığı bölümdür.
Aritmetik lojik ünitenin yapısı
Sekil-1 Genel AMB blok
yapısı
Bu
birime giriş işlemleri, akümülatör kaydedicisiyle bellekten alınan veri arasında
veya akümülatörle diğer kaydediciler arasında olabilir. ALU’ nun mikroişlemci
içerisindeki basitleştirilmiş çalışma biçimi Şekil-2’de görülmektedir.
Sekil-2 AMB'nin Mikroişlemci içinde çalışma biçimi
ALU işlemleri ADDER (toplayıcı) ve SHIFTER
(kaydırıcı) denilen iki esas devre ile gerçekleştirilir. Genelde, bu esas
devreler ALU olarak anılmaktadır. Ancak bilgileri depolayıcı ve değerlendirici
bazı yardımcı devrelerden de yararlanılır. Bu yardımcı devreler:
Akümülatör
Başlangıç ve sonuç bilgilerini depolamak
için akümülatör kullanılır. Bazı mikroişlemcilerde akümülatör yerine VERİ
KAYDEDİCİ (data reg) kullanılmıştır.
Geçici kaydedici (temporary register)
Bellekten alınan işlem
bilgilerinin ilk durak yeri: geçici kaydedicidir.
Bayrak kaydedici (flag register)
Bazı
mikroişlemcilerde bayrak kaydedici yerine; ALU tarafından yapılan işlemlerin
sonucunu gösteren ve bu sonuçları değerlendirme ortamını yaratan devredir. Bu
sonuçlara göre bazı düzeltmeler gerekiyorsa bilgisayar bunları kendi kendine
yapabildiği gibi bayrak ekrana çağrılarak bazı yarılarının dışarıdan yapılması
da mümkün olmaktadır. Durum kaydedici veya Koşul kodu kaydedici değimleri de
kullanılır. Aritmetik lojik işlem birimi ve bu yardımcı devrelerinin tümüne birden
ALU gurubu denir. Yalnızca ALU denildiğinde ise asıl işlem yürütücü kısım olan
ADDER ve SHIFTER amaçlanır.
Kontrol birimi
İşlemciye gönderilen komutların çözülüp (komutun ne anlama geldiğinin
tanımlanması) işletilmesini sağlar. İşlemci içindeki birimlerin ve dışındaki
birimlerin eş zamanlı olarak çalışmasını sağlayan kontrol sinyalleri bu birim
tarafından üretilir.
Aritmetik lojik ünitenin fonksiyonları
Aritmetik işlemler denilince başta toplama,
çıkarma, bölme ve çarpma; mantık işlemleri denilince AND, OR EXOR ve NOT gibi
işlemler akla gelir. Komutlarla birlikte bu işlemleri, mantık kapılarının
oluşturduğu toplayıcılar, çıkarıcılar ve kaydıran kaydediciler
gerçekleştirirler. Bloklaştırılmış bu devreler bir dâhili veri yolu vasıtasıyla
birbirlerine, bir başka veri yolu ve tamponlar vasıtasıyla kaydedicilere ve
zamanlama-kontrol birimine bağlanmıştır.
ALU’ da
gerçekleşen bütün bu işlemler kontrol sinyalleri vasıtasıyla Zamanlama ve
Kontrol Biriminin gözetiminde eşzamanlı olarak yapılır. Mikroişlemcinin temel
elemanlarından biridir. ALU iki parçadan oluşur: Aritmetik ve lojik üniteler.
a)Aritmetik ünite: Toplama, çıkarma, artırma, azaltma gibi işlemleri
yapar.
b)Lojik ünite: AND, OR, NOT gibi işlemleri gerçekleştirir
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder