基于ARM的嵌入式原理与应用:ALU的功能与特点

简介: 基于ARM的嵌入式原理与应用:ALU的功能与特点

一.定义

       我们知道,一个CPU由控制单元CU(Control Unit),算数/逻辑运算单元ALU(Arithmetic Logic Unit)和存储单元MU(Memory Unit)三大部分组成。而我们的ALU在CPU里则主要进行数据的算数运算和逻辑运算。它是计算机中负责运算的“大脑”,能够处理加法、减法、乘法、除法等基本算术运算,以及与、或、非、异或等逻辑运算。ALU还能执行一些辅助运算,如移位和求补操作。


命名:算术逻辑单元(Arithmetic&Logic Unit),简称ALU

组成:ALU有2个单元,算术单元(Arithmetic Unit)和逻辑单元(Logic Unit),算术单元负责计算机里的所有数字操作

作用:计算机中负责运算的组件,处理数字/逻辑的最基本单元

二.功能

算术运算:ALU能够执行基本的算术运算,包括加法、减法、乘法和除法。在许多ALU设计中,还可以处理更复杂的运算,如求模、增量(加一)和减量(减一)等。


逻辑运算:ALU执行逻辑运算,如与(AND)、或(OR)、非(NOT)、异或(XOR)等。这些运算通常用于条件判断和位操作。


移位操作:ALU可以进行位序列的左移(SHL)和右移(SHR),以及算术移位。


比较操作:ALU能够比较两个数值的大小,并设置相应的标志(如进位标志、零标志、符号标志等)以指示比较结果。


三.结构

       构成ALU最基本的构件是一位全加器(两个数相加,接受受低位进位,输出结果和向高位的进位)


 

一位全加器+函数发生器可以构成一位全功能全加器,不仅可以进行算数运算还可以进行逻辑运算

由一位全功能全加器经过复合、级联、优化设计得到实际中的ALU

四.特点

并行处理能力:ALU能够同时对多个位进行操作,这使得它能够快速处理数据。


高速度:由于ALU是CPU执行运算的核心部分,因此它通常设计得非常快速,以适应高速的数据处理需求。


固定操作周期:ALU执行运算通常在一个或几个时钟周期内完成,保证了运算的稳定性和可预测性。


有限的操作集:虽然ALU能执行多种类型的运算,但它的操作集是固定的,这意味着它只能执行那些在硬件中预先定义的操作。


数据宽度:ALU的数据宽度通常与CPU的字长相同,例如32位、64位等,这决定了ALU一次可以处理的数据量。


标志寄存器:ALU的操作结果常常会影响标志寄存器中的特定位,这些标志可以用于后续的决策过程,如跳转指令的条件判断。


可编程性:ALU的操作可以通过指令来控制,这使得它可以灵活地执行各种不同的运算任务。

五.实例说明

假设 R2 = 5, R3 = 3


指令: ADD R1, R2, R3


步骤:

1. CU 获取指令 ADD R1, R2, R3

2. CU 解码指令,识别操作和寄存器

3. CU 从寄存器文件获取 R2 和 R3 的值(5 和 3)

4. ALU 执行加法运算: 5 + 3 = 8

5. ALU 将结果 8 发送给 CU

6. CU 将结果 8 写入 R1

7. ALU 设置标志位(如果没有溢出,则进位标志为0,结果不为零,所以零标志为0)

8. CU 更新 PSW 中的标志位

9. CU 准备执行下一条指令


相关文章
|
4月前
|
前端开发 Java 编译器
阿里巴巴生态应用在Arm平台性能优化实践
本次方案的主题是阿里巴巴生态应用在 Arm 平台性能优化实践,分别从背景介绍、编译优化实践、总结和展望三个方面介绍了本主题。 1. 背景介绍 2. 编译优化实践 3. 总结和展望
109 3
|
11月前
|
存储 Ubuntu 编译器
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(三)
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(三)
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(三)
|
11月前
|
Ubuntu Unix Linux
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(一)
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(一)
|
11月前
|
Linux 编译器 语音技术
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(二)
合肥中科深谷嵌入式项目实战——基于ARM语音识别的智能家居系统(二)
|
10月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 计算机视觉
好的资源-----打卡机+Arm+Qt+OpenCV嵌入式项目-基于人脸识别的考勤系统-----B站神经网络与深度学习,商城
好的资源-----打卡机+Arm+Qt+OpenCV嵌入式项目-基于人脸识别的考勤系统-----B站神经网络与深度学习,商城
|
11月前
|
存储 算法 Linux
详细解读ARM嵌入式整理
详细解读ARM嵌入式整理
99 0
|
6天前
|
存储 机器学习/深度学习 数据库
阿里云服务器X86/ARM/GPU/裸金属/超算五大架构技术特点、场景适配参考
在云计算技术飞速发展的当下,云计算已经渗透到各个行业,成为企业数字化转型的关键驱动力。选择合适的云服务器架构对于提升业务效率、降低成本至关重要。阿里云提供了多样化的云服务器架构选择,包括X86计算、ARM计算、GPU/FPGA/ASIC、弹性裸金属服务器以及高性能计算等。本文将深入解析这些架构的特点、优势及适用场景,以供大家了解和选择参考。
|
10天前
|
消息中间件 数据可视化 Kafka
docker arm架构部署kafka要点
本内容介绍了基于 Docker 的容器化解决方案,包含以下部分: 1. **Docker 容器管理**:通过 Portainer 可视化管理工具实现对主节点和代理节点的统一管理。 2. **Kafka 可视化工具**:部署 Kafka-UI 以图形化方式监控和管理 Kafka 集群,支持动态配置功能, 3. **Kafka 安装与配置**:基于 Bitnami Kafka 镜像,提供完整的 Kafka 集群配置示例,涵盖 KRaft 模式、性能调优参数及数据持久化设置,适用于高可用生产环境。 以上方案适合 ARM64 架构,为用户提供了一站式的容器化管理和消息队列解决方案。
|
25天前
|
存储 机器学习/深度学习 算法
阿里云X86/ARM/GPU/裸金属/超算等五大服务器架构技术特点、场景适配与选型策略
在我们选购阿里云服务器的时候,云服务器架构有X86计算、ARM计算、GPU/FPGA/ASIC、弹性裸金属服务器、高性能计算可选,有的用户并不清楚他们之间有何区别。本文将深入解析这些架构的特点、优势及适用场景,帮助用户更好地根据实际需求做出选择。
|
3月前
|
弹性计算 编解码 运维
飞天技术沙龙回顾:业务创新新选择,倚天 Arm 架构深入探讨
飞天技术沙龙回顾:业务创新新选择,倚天 Arm 架构深入探讨