算术逻辑单元 (ALU)


在计算机内部,有一个算术逻辑单元 (ALU),它除了能够执行算术运算(例如加法、减法等)之外,还能够执行逻辑运算(例如 AND、OR、异或、非等)。控制单元从内存输入设备提供 ALU 所需的数据,并根据从内存中取出的指令指示 ALU 执行特定的操作。ALU 是计算机的“计算器”部分。

算术逻辑单元 (ALU) 是计算机系统中央处理单元 (CPU) 的一个主要组成部分。它执行所有与指令字相关的算术和逻辑运算。在某些微处理器架构中,ALU 被分为算术单元 (AU) 和逻辑单元 (LU)。

工程师可以设计 ALU 来计算许多不同的操作。当操作变得越来越复杂时,ALU 也将变得越来越昂贵,并且在CPU中占用更多空间并散发出更多热量。这就是为什么工程师使 ALU 足够强大以确保 CPU 也强大且快速,但又不至于复杂到在成本和其他方面造成阻碍。

ALU 也称为整数单元 (IU)。算术逻辑单元是 CPU 处理 CPU 可能需要的所有计算的那一部分。这些操作大多数本质上是逻辑性的。根据 ALU 的设计方式,它可以使 CPU 更加强大,但它也消耗更多能量并产生更多热量。因此,必须在 ALU 的强大程度和复杂程度与整个单元的成本之间取得平衡。这就是为什么更快的 CPU 更贵、功耗更高且散热更多的原因。

ALU 执行的不同操作可以分类如下:

  • 逻辑运算 - 这些包括 AND、OR、NOT、XOR、NOR、NAND 等运算。

  • 位移运算 - 这与将位的位数向右或向左移动一定的位数有关,这被认为是乘法或除法运算。

  • 算术运算 - 这指的是位加法和减法。尽管有时使用乘法和除法,但这些操作的实现成本更高。乘法和减法也可以分别通过重复加法和减法来完成。

更新于: 2023年10月25日

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