بناء وحدة حساب ومنطق

بناء الوحدات العملياتية المستخدمة في تمثيل ممر المعطيات:
يمكن ان تستخدم وحدات عملياتية منفصلة تؤدي كل منها عملية محددة لتشكيل ممر المعطيات مثل استخدام الجوامع بأنواعها والضوارب وباقي العمليات الرياضية. العمليات التي تجريها وحدة الحساب والمنطق تتعلق بالبنية الداخلية لهذه الوحدة وبشكل عام هناك نوعان أساسيان لبناء الوحدات العملياتية:
1.البنية من نوع CISC :
في هذا النوع تحتوي وحدة الحساب والمنطق على أجزاء بنيوية تقوم بإنجاز التعليمات الحسابية المعقدة وتنعكس هذه التعليمات الحسابية المعقدة برمجيا على شكل تعليمة في لغة الآلة الخاصة بهذا المعالج، وهذه التعليمات تثقل العبئ على المعالج.
2.البنية من نوع RISC :
وفي هذا النوع تحتوي وحدة الحساب والمنطق على التعليمات الحسابية والمنطقية الأساسية ( Add, Sub, Not, Or, And) . ولا تحتوي هذه الوحدة على بنية hardware لانجاز التعليمات الحسابية المعقدة ( كالضرب أو التقسيم أو الرفع إلى قوة ) وإنما يتم انجاز هذه العمليات المعقدة باستخدام مجموعة من التعليمات الأساسية، مثلا... تحول عملية الضرب إلى جمع متكرر. البنية من نوع RISC تعتبر أسهل في التصميم وتعطي مجموعة أبسط من التعليمات ويمكن تعقيد هذا النوع من الوحدات في تمثيل التعليمات المعقدة إما بشكل بنيوي وذلك بتطوير وحدة التحكم وإضافة مسجلات على بنية المعالج، أو ان يتم ذلك بشكل برمجي باستخدام خوارزميات متطورة.
بناء وحدة ALU من نوع RISC:
يتم انجاز كافة العمليات داخل ALU ثم يتم اختيار عملية معينة...
مثلا تحتوي هذه الخلية في الشكل السابق على عمليتين منطقيتين وعملية جمع/طرح ومدخل less . يطبق الدخل الرئيسي لهذه الوحدة على مداخل كافة العمليات الداخلية وتختارالعملية المطلوبة عبر الناخب. يتحكم بالناخب الأول المدخل Binvert الذي يكون عمله كالتالي :
Binvert=0 ← فالعملية جمع
Binvert=1 ← فالعملية طرح
أما بالنسبة للناخب الآخر:
Operation=00 ← فالعملية AND
Operation=01 ← فالعملية OR
Operation=10 ← فالعملية إما جمع أو طرح
Operation=11 ← فالعملية " Less"
فإذا أردنا تنفيذ عملية ما فيتم إعطاء رقم العملية عن طريق المداخل Operation و Binvert من وحدة التحكم"كما ذُكر سابقا" فتفهم وحدة الحساب والمنطق العملية المطلوبة منها.
والمخرج Set هو عبارة عن خط يعطي نتيجة الجامع الكامل مهما كانت حالة العملية Operation ، أما المخرج "العلم" OverFlow فيتحسس في حال حدوث طفحان.
كما يمكن وضع عدد أكبر من العمليات وبذلك يزيد عدد مداخل النواخب وعدد خانات Operation .
وصل مجموعة من ALU:
في الشكل السابق لدينا دارة وحدة حساب ومنطق على 32bits، حيث يتم أخد الحمل Carry Out في كل مرة وإدخاله إلى المدخل Carry In للدارة التالية لها مباشرة.. وبالتالي نكون قد حصلنا على دارة تقوم بتنفيذ مجموعة من العمليات على عددين مؤلفين من 32bits باستخدام ALU.
إن العملية "Set On Less" هي عملية مقارنة، وعملها كالتالي :
A<B فالناتج ← 1…0000
A≥B فالناتج ← 0…0000
وبمعني آخر فهي تنفذ A-B. فإذا كانت نتيجة الطرح سالبة يوضع واحد "1" في الخانة Result0 من الناتج وباقي الخانات أصفار. أما اذا كانت نتيجة الطرح موجبة فيوضع صفر "0" في كل خانات الناتج . ولتحقيق ذلك، ففي دارة ALU31 "الأخيرة" أخذنا خط Set إلى المدخل Less في دارة ALU0 "الأولى" ويمكن ان تكون صفر أو واحد وذلك حسب حالة الجامع الكامل.
كذلك يمكن وصل جميع المخارج Results إلى البوابة NOR بحيث يتحسس علم الصفر Zero Flag عندما تكون قيم جميع المخارج هي صفر منطقي.
وكذلك الحال يمكن معرفة حالة باقي الأعلام بتصميم الدارة الخاصة بكل علم.