算術 論理 裝置 (算術論理裝置, arithmetic and logical unit , ALU )는 덧셈, 뺄셈 같은 두 數字의 算術演算 과 排他的 論理合, 論理곱, 論理合 같은 論理演算 을 計算하는 디지털 回로 이다. 算術 論理 裝置는 컴퓨터 中央處理裝置 의 基本 設計 블록이다.

많은 種類의 電子 回路는 어떤 形態의 算術演算을 計算하는 데 必要한데, 甚至於 디지털 時計에 있는 작은 回路조차도 現在 時間에 1을 더하고, 언제 알람을 울려야 하는지를 檢査하는 작은 算術論理裝置를 지녔다.

明白히, 가장 複雜한 電子 回路는 펜티엄 같은 現代의 마이크로프로세서 칩 內部의 設計일 것이다. 그러므로 이런 프로세서는 內部에 强力하고 매우 複雜한 算術論理裝置를 가지고 있다. 事實, 現代의 마이크로프로세서 (或은 메인프레임 )은 멀티코어 , 多衆의 實行 裝置 , 多衆의 算術論理裝置를 가지고 있다.

大多數의 다른 回路는 內部에 算術論理裝置를 包含하고 있다. 엔비디아 나 ATI 의 그래픽 카드 같은 그래픽 處理 裝置 , 오래된 80387 補助 處理機 같은 浮動小數點 裝置 , 사운드 블래스터 사운드 카드에서 發見할 수 있는 디지털 信號 處理機 , CD 再生機 , 高鮮明 텔레비전 等이 있다. 이런 모든 것은 內部에 몇 個의 强力하고 複雜한 算術論理裝置를 가지고 있다.

歷史: 폰 노이만의 提案 [ 編輯 ]

數學者 존 폰 노이만 은 에드박 이라고 불리는 새로운 컴퓨터 設計報告書를 作成했을 때, 1945年 에 算術論理裝置의 槪念을 提案했다. 1946年에, 그는 프린스턴의 高級 硏究所 (IAS)에서 컴퓨터 設計로 그의 同僚와 일했다. IAS 컴퓨터 는 많은 以後 컴퓨터의 原形이 된다. 提案에서, 폰 노이만은 算術論理裝置를 包含해서, 그의 裝置가 必要하게 될 거라는 어떤 믿음의 輪廓을 잡았다.

폰 노이만은 算術論理裝置가 컴퓨터에 必要하다고 陳述했다. 왜냐하면 컴퓨터가 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 곱셈을 包含한 基本的인 數學演算을 計算하도록 保障되어야 했기 때문이다. ^[1] 그러므로 그는 " 컴퓨터 는 이러한 演算을 위해서 특별한 裝置가 包含되어야 合理的"이라고 믿었다. ^[1]

記數法 [ 編輯 ]

算術論理裝置는 반드시 디지털 回路의 나머지처럼 同一한 形式을 使用하여 數字를 處理한다. 現代의 프로세서에서, 거의 大部分은 2의 保守 이진수 表現이다. 初期의 컴퓨터는 1의 保守 , 符號와 等級 形式, 甚至於 數字當 열個의 튜브를 지닌 眞짜 十進數를 包含하여 다양한 記數法을 使用했다.

各各의 이런 記數法의 算術論理裝置는 다르게 設計되었고, 덧셈과 뺄셈을 計算하는 算術論理裝置를 쉽게 만들 수 있는 騎手法人, 2의 保守 를 위한 現在 選好에 影響을 끼쳤다.

單純 演算 [ 編輯 ]

大部分의 算術論理裝置는 다음의 演算을 計算할 수 있다:

• 정수형 算術 演算 ( 덧셈 , 뺄셈 , 그리고 가끔 곱셈 과 나눗셈 , 이것보다 더 複雜할지라도)
• 비트 論理 演算 ( AND , NOT , OR , XOR )
• 비트 시프트 演算 ( 富豪 擴張 을 지녔거나, 지니지 않거나, 왼쪽이나 오른쪽으로 特定 비트만큼 移動하거나 回轉하는 워드). 시프트는 2로 곱셈하거나 나눗셈하는 것처럼 解釋할 수 있다.

複合 演算 [ 編輯 ]

어떠한 演算도 可能한 算術論理裝置를 設計할 수 있지만, 問題는 演算이 더 複雜해질수록 回로 複雜度, 價格, 電力消耗와 크기 面에서 實用性이 떨어지게 된다. 따라서 算術論理裝置는 種種 簡單한 演算은 매우 빠르게 處理할 수 있지만 複雜한 演算은 簡單한 算術論理演算의 組合으로 나누어 處理하도록 外部 處理 외로를 利用하는 境遇가 많다.

例를 들어, 數字의 제곱根을 計算하는 方法은 算術論理裝置의 複雜度에 따라 다음과 같이 다양하게 具現될 수 있다.

• 單一 클록錄 제곱根을 處理하는 複雜한 裝置
• 여러 個의 單純한 算術論理裝置가 工場의 生産라인처럼 段階別로 제곱根을 計算하게 하는 裝置. 한 演算이 完全히 끝나기 前에 다음 演算을 받을 수 있고, 速度도 全體 處理時間만큼 遲延되기는 하지만 單一클록을 利用하는 複雜한 算術論理裝置만큼 빠르게 具現할 수 있다.
• 하나의 單純한 算術論理裝置가 制御裝置의 指示에 따라 여러 段階에 걸쳐 反復的으로 제곱根을 計算하는 裝置.

위의 事例들은 빠르고 비싼 方式부터 느리고 싼 方式 巡으로 羅列되어 있다.

各州 [ 編輯 ]

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