Логическое устройство компьютера: Логическое устройство компьютера и представление данных

Содержание

Что такое арифметико-логическое устройство (АЛУ) :: SYL.ru

Как подобрать короткую стрижку, если надо скрыть уши: секреты выбора

Блинчики без муки: готовим тонкое лакомство из картошки

С пиджаком и жакетом-оверсайз: с чем носить цветок-чокер в гости на свадьбу

Десерт получится мягким. Готовим блинчики без банальных ошибок

Экономим время и силы: как приготовить сразу много блинов во фритюрнице

Для тех, кто не знаком с «тёмной академией»: модный стиль в одежде молодежи

Интересные дизайны «детского» френча — микротренда весны

Пирожок станет ещё вкуснее. Добавляем в начинку соленый огурец

Всегда приятный аромат: зачем класть в бачок унитаза зубную пасту

Грибы и индейка. Как приготовить вкусные блинчики на праздник

Автор Юлия Абдулбарова July 23, 2018

Что такое АЛУ? Арифметико-логическое устройство, одна из составляющих процессора. В статье мы приглашаем вас узнать принципы его действия, историю создания, основные характеристики, выполняемые операции, существующие классификации АЛУ.

Определение понятия

Арифметико-логическое устройство — один из блоков процессора, управляемый УУ (устройством управления). Его предназначение: выполнение логических и арифметических преобразований над данными-операндами (аргументами операции, информацией, обрабатываемой программой). Разрядность операндов в данном случае — размер или длина машинного слова.

Современное многофункциональное АЛУ состоит сегодня из двух частей:

Операционное устройство.
Устройство управления. Проводит вторичную дешифрацию кодов команды, определяет операцию, выполняемую в арифметико-логическом устройстве.

Набор выполняемых операций

Важно знать, какие операции должно исполнять АЛУ для того, чтобы обладать функциональной полнотой. Как правило, хватает четырех:

Обращение к памяти устройства для чтения или записи информации.
Декремент/инкремент.
Сравнение. Здесь реализуется возможность условного перехода.
Остановка функционирования устройства.

Если мы обратимся к первым арифметико-логическим устройствам, то увидим, что количество выполняемых ими операций ограничивалось 16-ю. Современные АЛУ способны выполнять сотни! Кстати, число операций и сегодня является важнейшей характеристикой данных устройств.

Классификация АЛУ

Мы помним, арифметико-логическое устройство — устройство управления и операционное. Но не все современные и исторические АЛУ одинаковы. Далее мы приведем самые распространенные их классификации.

По способу представления информации:

С плавающей запятой.
С фиксированной запятой.

По способу действий с операндами:

Параллельные. В этом случае операции над всеми разрядами выполняются АЛУ одновременно.
Последовательные. В данном случае операции будут выполняться по очереди, последовательно над каждым из разрядов.
Параллельно-последовательные. Слово данных здесь делится на слоги. Обработка информации в таком АЛУ (арифметико-логическом устройстве) ведется параллельно над разрядами слога и последовательно над самими слогами.

По применению систем исчисления:

Двоичные.
Двоично-десятичные.
Восьмеричные.
Шестнадцатиричные и проч.

По особенностям использования узлов и элементов:

Блочные. Для выполнения отдельных арифметических операций в систему арифметико-логического устройства процессора вводят специальные блоки. Последние позволяют вести параллельно процессы обработки информации.
Конвейерные. Чем отличаются АЛУ такого типа? Любая операция будет разбиваться на последовательность из микроопераций. Они выполняются за определенные такты (равные временные промежутки) на разных ступенях такого конвейера. Операция над потоком операндов, таким образом, выполняется каждый такт.
Многофункциональные. Это универсальные АЛУ, которые способны исполнить множество операций в одном устройстве. Однако здесь требуется настройка на выполнение конкретной операции с помощью ее кода.

По временным характеристикам:

Синхронные. В таких арифметико-логических устройствах компьютера каждая операция станет выполняться за один такт.
Асинхронные. Соответственно, нетактируемые АЛУ. Обеспечивают высокую степень быстродействия, так как выполняются на комбинационных схемах.

По характеристике устройства управления:

Имеющие микропрограммное управление.
С жесткой логикой УУ.

Основные функции

Арифметико-логическое устройство является составной частью процессора компьютера. АЛУ будет выполнять следующие функции:

Двоичной арифметики для информации в форматах с фиксированной точкой.
Двоичной арифметики для информации в форматах с плавающей точкой.
Арифметики двоично-десятичного представления сведений.
Логические операции (арифметические и логические сдвиги).
Пересылка информации.
Работа с символьными данными.
Работа с графической информацией.

Главные количественные характеристики

Составные части арифметико-логического устройства (ОУ и УУ) определяют количественные характеристики всей системы АЛУ. В частности, это следующее:

Время выполнения одной операции.
Скорость выполнения операций вообще.
Число исполняемых операций.
Точность предоставленной информации.

Главные качественные характеристики

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) является составной частью процессора. Это определяет его важнейшие качественные характеристики:

Структурные особенности системы АЛУ.
Методики кодирования данных.
Форматы представления информации — с плавающей или фиксированной точкой.

История возникновения

Создателем арифметико-логических устройств считается Джон фон Нейман, разработчик компьютеров ЭНИАК (электронных числовых вычислителей).

Уже в 1945 году им были опубликованы первые научные работы по своему стартовому изобретению — компьютеру EDVAC. В следующем году он уже работал вместе со своими коллегами над созданием такого устройства в Принстонском институте перспективных исследований.

Архитектура этого изобретения («архитектура фон Неймана») в дальнейшем стала базой, прототипом архитектур и большей части последующих компьютеров. В своих работах ученый указывал на наличие устройств, которые, по его мнению, являются обязательными для каждого компьютера. Среди них было упомянуто АЛУ. Фон Нейман считал, что арифметико-логическое устройство необходимо, потому что позволяет выполнять системе математические базовые операции. Как то: сложение и вычитание, умножение и деление.

Внутреннее устройство АЛУ

Мы уже разобрали, что условно АЛУ можно разделить на две части:

УУ (микропрограммное устройство). Задает последовательность команд и микрокоманд.
ОУ. Здесь реализуется ранее заданная последовательность команд и микрокоманд. Операционные устройства, в свою очередь, разделяются по типу обрабатываемой информации, по способу обработки данных, логической структуре.

При этом условно состав АЛУ также подвергается следующей градации:

Регистры. Служат для обработки данных, поступающих как из пассивной, так и из оперативной памяти.
Логические команды. Служат для обработки слов по микрокомандам. Последние, естественно, будут поступать из УУ — устройства управления.

Сами микрокоманды делятся на две категории:

Поступают от внешнего источника в АЛУ. Вызывают в арифметико-логическом устройстве преобразование информации.
Генерируются в самом АЛУ. Оказывают свое влияние на микропрограммное устройство. Тем самым изменяют нормальный, стандартный порядок следования команд.

Функции регистров АЛУ

Чтобы иметь представление о работе АЛУ, нам нужно поближе познакомиться с функциями его регистров:

Pr1. Это аккумулятор или аккумуляторы. Считается главным регистром устройства, в котором и образуется результат произведенных вычислений.
Pr2, Pr3. Регистры операндов в зависимости от характера исполняемой операции — слагаемого, делителя, сомножителя и проч.
Pr4. Это адресный регистр. Он запоминает (в иных случаях формирует) адреса операндов результата.
Pr6. Некое количество индексных регистров. Их содержимое будет использоваться для формирования адресов.
Pr7. Вспомогательные регистры. По желанию разработчика могут стать аккумуляторами, индексными или вовсе использоваться для сохранения промежуточных результатов вычисления.

Теперь предлагаем вам обратиться к конкретным алгоритмам работы АЛУ.

Операция сложения

Функционально арифметико-логическое устройство будет состоять из Регистра 1, Регистра 2, сумматора и схемы управления.

Теперь распишем арифметическую операцию по тактам:

Значение операнда № 1, участвующего в операции сложения, поступает в Регистр 1 по кодовой шине.
Значение операнда № 2, участвующего в операции сложения, поступает в Регистр 2 по кодовой шине.
Соответственно, по кодовой шине инструкций в схему управления поступает инструкция по выполнению данной операции.
Данные из регистров уходят в сумматор. Далее схема управления уже дает команду на выполнение сложения.
Результат по произведенной операции уходит в Регистр 1.
Результат операции арифметико-логического устройства далее поступает в результирующий блок.

Операция вычитания

Давайте рассмотрим выполнение еще одной простой арифметической операции:

Значение операнда № 1, принимающего участие в операции вычитания, проходит в Регистр 1 по кодовой шине.
Значение операнда № 2, принимающего участие в операции вычитания, проходит в Регистр 2 по кодовой шине.
Инструкция по выполнению данного алгоритма выводится по кодовой шине инструкций к схеме управления.
Происходит переформирование положительного числа в отрицательное схемой управления.
Результат такого преобразования операнда идет далее в сумматор.
Сумматор выполняет сложение данных чисел.
Результат операции поступает в Регистр 1.
Результат операции вычитания отправляется в результирующий блок.

Операции в устройстве

И еще одна тема напоследок. Мы должны помнить, что все операции,выполняемые в АЛУ, — логические. Их можно разделить на следующие категории:

Индексной арифметики.
Десятичной арифметики.
Специальной арифметики.
Двоичной арифметики для значений с фиксированной точкой.
Двоичной, шестнадцатеричной арифметики для значений с плавающей точкой.
Над алфавитно-цифровыми полями.
Над логическими кодами.

Арифметико-логическое устройство — основная часть процессора любого компьютера. Было разработано еще в середине прошлого века прославленным фон Нейманом. Призвано исполнять простые арифметические и логические операции в компьютере. Сегодня существует большое количество разновидностей АЛУ, что видно из множества представленных классификаций данных устройств.

Логическая и физическая структура ПК. Периферийное оборудование персонального компьютера

Информатика и выч. техника \ Информатика

Страницы работы

37 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Лекция 3

Логическая и физическая структура ПК. Периферийное оборудование ПК

Логическая структура ПК: микропроцессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), системная и локальные шины, внешние запоминающие устройства (ВЗУ), порты ввода/вывода, адаптеры периферийных устройств, периферийные устройства. Физическая структура ПК: системный блок, материнская плата, микропроцессор, чипсет, системная и локальная шины, адаптеры и их стандарты, внешние интерфейсы.

Работа с программными средами для диагностики аппаратной части ПК. Краткая характеристика, принцип работы и стандарты современных устройств ввода информации. Устройства вывода информации, их характеристика, принцип действия и стандарты. Инсталляция и деинсталляция оборудования ПК в среде операционной системы MSWindows

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Структуру ПК можно рассматривать на

логическом и физическом уровнях.

1. Логическая структура ПК.

1.1 Классическая логическая структура ПК.

Генетическим признаком первых ПК, унаследованном от класса мини-ЭВМ, является присутствие наличие единой системной шины (СШ), по которой осуществлялось взаимодействие всех структурных элементов ПК.

Логическая структура ПК в классическом варианте, соответствующая первым моделям IBM PC, представлена на рис.1. В настоящее время, в связи с наличием в составе ПК разноскоростных устройств ввода/вывода осуществлен переход от одношинной архитектуры к многошинной, обеспечивающей максимальную производительность. Однако при изложении данного вопроса нам представляется целесообразным сначала уяснить принцип взаимодействия компонентов ПК на примере классической архитектуры.

Итак, главной и отличительной чертой классической архитектуры ПК является наличие СШ. Посредством СШ происходит взаимодействие устройств ПК и происходит обмен информацией между ними. Системная шина унифицирует алгоритмы взаимодействия устройств ПК, упрощает программирование, обеспечивает простоту и дешевизну ПК.

Помимо СШ в состав ПК входят следующие устройства: микропроцессор (МП), основная память (ОП), периферийные устройства (ПУ), адаптеры периферийных устройств (АПУ), порты ввода/вывода (ПВ), адаптеры интерфейса (АИ), локальные шины.

Важными компонентами ПК является система прерываний (СП), система управления шиной и система прямого доступа к памяти (СПДП), не отраженные в рис. 1.

Охарактеризуем кратко каждое устройство.

МП— осуществляет вычисления по хранящейся в памяти программе. МП включает в себя арифметико-логическое устройство (

АЛУ) и устройство управления (УУ).

ОП— это запоминающее устройство, напрямую связанное с МП и предназначенное для хранения программ и данных, непосредственно участвующих в операциях. ОП включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

ОЗУслужит для приема, хранения и выдачи информации. В нем содержатся выполняемые программы и данные, доступные МП для непосредственного участия в операциях. ОЗУ в ПК является энергозависимым, т.е. содержимое ОЗУ (информация) безвозвратно исчезает при отключении источника электроэнергии в ПК.

ПЗУявляется энергонезависимым ЗУ, обеспечивая постоянное хранение информации. Содержимое современных ПЗУ может быть программно изменено. В ПЗУ хранятся часто используемые (универсальные) программы, такие как программы операционной системы (ОС) и ее информационные структуры. В МП используется только информация, хранимая в ОП.

Если какая-либо прикладная программа использует данные, записанные на внешние запоминающие устройства, то для их обработки предварительно необходимо загрузить эти данные в ОП. Логически ОП можно представить в виде ячеек памяти, каждая из которой имеет свой адрес и может хранить информацию.

Под ПУ понимают любое устройство, конструктивно отделенное от центральной части ПК (МП+ОП).

По функциональному признаку ПУ делятся на две основные группы: 1)внешние запоминающие устройства (ВЗУ) и 2) устройства ввода/вывода (УВВ).

ВЗУявляются энергонезависимыми, более медленными и более емкими ЗУ, чем ОП. ВЗУ предназначены для длительного хранения больших массив информации. В качестве ВЗУ в современных ПК используется широкий

Информация о работе

Скачать файл

логических устройств (проект центра обработки данных) | Apstra 4.

Обзор логических устройств

Логические устройства — это абстракции физических устройств, которые определяют общую форму устройства такие факторы, как количество, скорость и роли портов. Информация о поставщике не включены, что позволяет вам планировать свою сеть до выбора поставщиков и оборудования модели устройств. (После выбора аппаратных устройств логические устройства связываются с физическими устройствами с картами интерфейсов.) Логические устройства используются в типах стоек и стоечные шаблоны. Некоторые приложения логических устройств включают:

Указание скорости и ролей для конкретных портов (например, 48-й порт всегда лист, либо скорость 10 порта всегда 1 Гбит/с).

Подготовка к преобразованиям скорости порта (Например, преобразование одного — 40 GbE порт на четыре — порты 10 GbE)
Использование нестандартных скоростей порта (например, для SFP 1 GbE в порту 10 GbE, базовое оборудование автоматически настраивается правильно. )
Решение для автоматического создания карты кабелей с учетом отказа домены на модульных системах (например, линейная карта).

Логические устройства включают следующие сведения:

Таблица 1: Параметры логических устройств
Имя	Описание
Имя логического устройства	Уникальное имя, не более 64 символов
Панель	Расположение портов на основе IP-фабрики, механизма переадресации, линейной карты (слот) или физическое расположение. Панель содержит один или несколько портов. группы.
Группа портов	Группа портов с одинаковой скоростью и ролями
Количество портов	Количество портов в группе портов
Скорость	Скорость портов в группе портов
Роли	Порты настроены для работы со следующими типами устройств: Superspines (только 5-этапная коммутационная сеть DC) Позвоночник Лист Access (ограниченная поддержка) — порт настроен на устройство доступа. Чтобы узнать больше об этой функции и ее ограничения, свяжитесь с Juniper Поддерживать . Peer (связь между двумя конечными устройствами) Unused — не рендерится (например, мертвый порт) Общий — некоторые роли не указаны в логических устройствах. (например, брандмауэр, внешний маршрутизатор, «голое железо»). сервер или балансировщик нагрузки).

В меню навигации слева выберите «Дизайн» > «Логический». Устройства для перехода к логическим устройствам в глобальном каталоге. Щелкните логическое имя устройства, чтобы увидеть его детали. Вы можете создавать, клонировать, редактировать и удалять логические устройства.

Создать логическое устройство

В меню навигации слева выберите Дизайн > Логическое Устройства и щелкните Создать логическое устройство.
Введите уникальное имя логического устройства.
Раскладка панели по умолчанию состоит из 24 портов (2 ряда по 12 портов в каждом). Для другую компоновку, выберите количество и расположение портов в соответствии с вашим требования, перетащив их из правого нижнего угла макета.
Выберите порты для группы портов, перетащив их, чтобы выбрать смежные порты, или щелкнув отдельные порты. Повторный щелчок по порту отменяет его выбор.
Выберите скорость порта и соответствующие роли для выбранных портов.
Щелкните Создать группу портов (внизу посередине), чтобы создать портовая группа.
Если остаются неназначенные порты, повторяйте предыдущие два шага, пока все порты не будут назначенный. Для любых портов, которые не будут использоваться, назначьте им Не используется роль.
Чтобы добавить панель, щелкните Добавить панель (внизу посередине) и повторите шаги, как для первой панели.
Нажмите «Создать» (внизу справа), чтобы создать логическое устройство. и вернитесь к просмотру таблицы.

Пример: Создать логическое устройство

Давайте создадим логическое устройство с одной панелью, содержащей одну группу портов с 96 — 10 портов GbE и вторая панель, содержащая одну группу портов с 8–40 GbE порты.

В меню навигации слева выберите Дизайн > Логические устройства и нажмите «Создать логические». Устройство.
Описательное имя полезно при дальнейшем обращении к логическому устройству. В нашем примере мы ввели 96×10-8×40-2 , что представляет следующие характеристики:
- 96×10 — одна панель с 96 — 10 портами GbE
- 8×40 — одна панель с 8 — 40 портами GbE
- 2 — количество панелей (шт. стойки)
Для группы портов на первой панели перетащите правый нижний угол расположение портов для изменения конфигурации по умолчанию 2×12 на 3×32. конфигурация. Количество портов (96) и скорость (10 Гбит/с) оставьте как есть, а выберите Общая роль порта (подключен к).
Нажмите «Создать группу портов» (внизу посередине), затем нажмите Добавить панель (внизу посередине).
Перетащите нижний правый угол схемы портов, чтобы изменить конфигурацию. до 2х4. Номер или порты (8) оставляем как есть, меняем скорость на 40 Gbps , и подключить их к Superspine , Spine и Общий .
Щелкните Создать группу портов, затем щелкните Создать (внизу справа). Новое логическое устройство появляется в виде таблицы. (В обзоре выше это первый в табл.)

Редактировать логическое устройство

Если логическое устройство связано с картой интерфейса, его нельзя изменить. Когда ты изменить логическое устройство в глобальном каталоге, типы стоек и шаблоны, которые ранее встроенные в это логическое устройство не затрагиваются. Это предотвращает потенциально непреднамеренные изменения существующих типов стоек и шаблонов. Если ваше намерение для типа стойки или шаблона для использования измененного логического устройства, необходимо повторно импортировать тип стойки в шаблон.

Либо из табличного представления (Дизайн > Логическое устройство), либо из сведений нажмите кнопку Edit для логического устройства, чтобы редактировать.
Внесите свои изменения.
Нажмите «Обновить» (внизу справа), чтобы обновить логическую устройства в глобальном каталоге и вернуться к табличному представлению.

Удалить логическое устройство

Если логическое устройство связано с картой интерфейса, его нельзя удалить.

Либо из табличного представления (Дизайн > Логические устройства), либо из сведений нажмите кнопку Удалить для логического устройства удалить.
Щелкните Удалить логическое устройство, чтобы удалить логическое устройство. устройства из глобального каталога и вернуться в табличное представление.