arithmetic-logic unit | Arithmetisch-logische Einheit | ALU

Eine arithmetisch-logische Einheit (Arithmetic-Logic Unit - ALU ) ist ein Teil des Computerprozessors (der CPU ), die arithmetische und logische Operationen mit den Operanden in den Wörtern der Computeranweisungen durchführt. Bei manchen Prozessoren ist die ALU in zwei Einheiten aufgeteilt, eine arithmetische Einheit (Arithmetic Unit AU) und eine Logikeinheit (Logic Unit - LU). Manche Prozessoren besitzen mehr als eine AU – beispielsweise eine AU für Festkommaoperationen und eine zweite für Fließkommaoperationen. (Bei PCs werden Fließkommaoperationen manchmal von einer eigenständigen Fließkommaeinheit oder numerischen Coprozessor ausgeführt.)

In der Regel hat die ALU den direkten I/O-Zugriff auf den Prozessor-Controller, den Hauptspeicher ( Random Access Memory oder RAM in einem PC) sowie die Input/Output-Devices. Ein- und Ausgaben fließen über einen elektronischen Pfad oder Bus. Die Eingabe besteht aus einem Anweisungswort (manchmal auch Maschinen-Anweisungswort genannt), dem Operationscode (oft auch „Opcode“ genannt), aus mehreren Operanden und manchmal aus einem Formatcode.

Der Operationscode teilt der ALU die durchzuführende Operation mit und gibt die bei der Operation zu nutzenden Operanden bekannt. (Zum Beispiel könnte es darum gehen, zwei Operanden zu addieren oder logisch zu vergleichen.)

Das Format kann mit dem Opcode kombiniert werden und teilt mit, ob es sich um eine feste oder Fießkommaanweisung handelt. Die Ausgabe besteht aus dem Ergebnis, das in ein Speicherregister gestellt wird und aus Einstelllungen, die angeben, ob die Operation erfolgreich durchgeführt wurde. (Wenn nicht, wird ein Status an einer permanenten Speicherstelle gespeichert, den man auch als Maschinen-Statuswort bezeichnet.)

Im Allgemeinen umfasst die ALU auch Speicherplätze für Input-Operanden, Operanden, die gerade addiert werden, das akkumulierte Ergebnis sowie die verschobenen Ergebnisse. Der Bitstrom sowie die in den Untereinheiten der ALU damit ausgeführten Operationen werden durch Gatterschaltkreise gesteuert. Die Gatter in diesen Schaltkreisen werden durch eine sequenzielle Logikeinheit gesteuert, die einen bestimmten Algorithmus oder Sequenz für jeden Opcode verwendet.

In der Arithmetikeinheit werden Multiplikationen und Divisionen durch reihenweises Addieren oder Subtrahieren sowie durch Verschiebungen durchgeführt. Es gibt einige Methoden, um negative Zahlen abzubilden. Die Logikeinheit kann eine von 16 möglichen Logikoperationen durchführen – beispielsweise den Vergleich von zwei Operanden und die Erkennung von nicht übereinstimmenden Teilen.

Das Design der ALU ist natürlich kritisch für den Prozessor und neue Ansätze zur Beschleunigung der Verarbeitung von Anweisungen werden kontinuierlich entwickelt.

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