算術邏輯單元 (ALU)


在計算機內部,有一個算術邏輯單元 (ALU),它除了能夠執行算術運算(例如加法、減法等)之外,還能夠執行邏輯運算(例如 AND、OR、異或、非等)。控制單元從記憶體輸入裝置提供 ALU 所需的資料,並根據從記憶體中取出的指令指示 ALU 執行特定的操作。ALU 是計算機的“計算器”部分。

算術邏輯單元 (ALU) 是計算機系統中央處理單元 (CPU) 的一個主要組成部分。它執行所有與指令字相關的算術和邏輯運算。在某些微處理器架構中,ALU 被分為算術單元 (AU) 和邏輯單元 (LU)。

工程師可以設計 ALU 來計算許多不同的操作。當操作變得越來越複雜時,ALU 也將變得越來越昂貴,並且在CPU中佔用更多空間並散發出更多熱量。這就是為什麼工程師使 ALU 足夠強大以確保 CPU 也強大且快速,但又不至於複雜到在成本和其他方面造成阻礙。

ALU 也稱為整數單元 (IU)。算術邏輯單元是 CPU 處理 CPU 可能需要的所有計算的那一部分。這些操作大多數本質上是邏輯性的。根據 ALU 的設計方式,它可以使 CPU 更加強大,但它也消耗更多能量併產生更多熱量。因此,必須在 ALU 的強大程度和複雜程度與整個單元的成本之間取得平衡。這就是為什麼更快的 CPU 更貴、功耗更高且散熱更多的原因。

ALU 執行的不同操作可以分類如下:

  • 邏輯運算 - 這些包括 AND、OR、NOT、XOR、NOR、NAND 等運算。

  • 位移運算 - 這與將位的位數向右或向左移動一定的位數有關,這被認為是乘法或除法運算。

  • 算術運算 - 這指的是位加法和減法。儘管有時使用乘法和除法,但這些操作的實現成本更高。乘法和減法也可以分別透過重複加法和減法來完成。

更新於: 2023年10月25日

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