Die arithmetische Logikeinheit (ALU) und die Steuereinheit (CU) sind zwei grundlegende Komponenten der zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) eines Mikroprozessors. Sie arbeiten zusammen, um Anweisungen auszuführen, die aus dem Speicher geholt wurden. Stellen Sie sich sie als die Berechnung des Gehirns und das Kommandozentrum vor.
1. Die arithmetische Logikeinheit (ALU):Der Taschenrechner
Die Aufgabe der Alu ist es, arithmetische und logische Operationen für Daten auszuführen. Dies beinhaltet:
* arithmetische Operationen: Addition, Subtraktion, Multiplikation, Teilung, Inkrement, Dekrement.
* logische Operationen: Und, oder xor, nicht, Vergleiche (größer als, weniger als, gleich).
* Bitgewise Operations: Verschiebung von Bits links oder rechts (nützlich für die Multiplikation/Aufteilung durch Befugnisse von 2), Maskierungsbits.
Wie es funktioniert:
1. Dateneingabe: Die ALU empfängt Daten (Operanden) aus Registern-kleine Hochgeschwindigkeitsspeicherorte innerhalb der CPU.
2. Betriebsausführung: Basierend auf der von der CU empfangenen Anweisung führt die ALU den angegebenen Vorgang für die Eingabedaten aus.
3. Ergebnisausgabe: Das Ergebnis der Operation wird in einem Register gespeichert oder in den Speicher zurückgeschrieben. Die ALU legt häufig auch Flags (Statusbits) fest, die Dinge wie Überlauf (Ergebnis für das Register), Null -Ergebnis oder Tragen (eine Ziffer übertragen während der Addition) angeben. Diese Flaggen werden von der CU verwendet, um Entscheidungen über nachfolgende Anweisungen zu treffen.
2. Die Steuereinheit (CU):Der Boss
Die CU ist das "Gehirn" der CPU und leitet den Datenfluss und Operationen. Die wichtigsten Verantwortlichkeiten sind:
1. Anweisung Abrufen: Die CU holt Anweisungen aus dem Speicher nacheinander basierend auf dem Programmzähler (PC), der die Adresse der nächsten Anweisung im Auge behält.
2. Anweisung Decode: Die CU decodiert den abgerufenen Anweisungen, um festzustellen, welche Operation ausgeführt werden muss und welche Daten beteiligt sind. Diese Dekodierung umfasst das Verständnis des Opcode (Operation Code) und Operanden (Daten).
3. Operand Abret: Die CU ruft die erforderlichen Operanden aus Registern oder Speicher ab.
4. Alu -Operation: Die CU sendet die Operanden und den Betriebscode an die ALU. Es wartet dann darauf, dass der Alu seinen Betrieb abgeschlossen hat.
5. Ergebnisspeicher: Sobald die ALU fertig ist, leitet die CU den Speicher des Ergebniss in einen Register- oder Speicherort zurück.
6. Programmzähler -Update: Die CU aktualisiert den Programmzähler, um auf die nächste Anweisung in der Programmsequenz zu verweisen.
7. Verzweigungen und Sprünge: Basierend auf den Flaggen, die von der ALU (oder anderen Bedingungen) festgelegt wurden, kann die CU den Programmfluss ändern. Dies kann dazu beitragen, an einen anderen Speicherort im Speicher zu springen oder konditionell ausführende Codeblöcke (z. B. "If` -Anweisungen).
8. Eingabe/Ausgang (E/O) Steuerung: Die CU verwaltet die Kommunikation mit externen Geräten (wie Tastaturen, Monitoren und Festplatten).
Wechselwirkung zwischen Alu und Cu:
Die Alu und die Cu arbeiten eng gekoppelt:
* Die Cu orchestriert alle Operationen. Es sagt dem Alu, was zu tun ist und wo die Daten erhalten werden sollen.
* Die Alu führt die Berechnungen durch und setzt Flags, wodurch die CU Feedback bereitstellt.
* Die CU verwendet dieses Feedback, um Entscheidungen über die nächsten Schritte in der Ausführung des Programms zu treffen.
Im Wesentlichen ist die ALU für das "Was" (Durchführung von Berechnungen) verantwortlich, während die CU für das "Wie" (Steuern des Daten- und Operationsflusss) verantwortlich ist. Sie sind für die Funktionalität eines Mikroprozessors voneinander abhängig und essentiell.
