Was ist eine Recheneinheit?
Das Rechenwerk, auch Rechenwerk (ALU) genannt, ist Bestandteil der Zentraleinheit (CPU). Es wird oft als "Engine" der CPU bezeichnet, da der Computer mathematische Berechnungen wie Addition, Subtraktion und Multiplikation ausführen kann. Die ALU führt auch logische Verknüpfungen wie "AND", "OR" und "NOT" aus. Die Recheneinheit arbeitet bei der Verarbeitung einer dieser Verknüpfungen mit dem Registerfeld zusammen, das Daten enthält. Die Recheneinheit besteht aus vielen miteinander verbundenen Elementen, die für bestimmte Aufgaben ausgelegt sind.
Einige Zentraleinheiten bestehen aus zwei Komponenten, einer Recheneinheit und einer Logikeinheit. Andere Prozessoren können eine Recheneinheit zum Berechnen von Festkommaoperationen und eine andere AU zum Berechnen von Gleitkomma-Berechnungen aufweisen. Einige PCs haben einen separaten Chip, der als numerischer Coprozessor bezeichnet wird. Dieser Coprozessor enthält eine Gleitkommaeinheit zur Verarbeitung von Gleitkommaoperanden. Der Coprozessor erhöht die Arbeitsgeschwindigkeit des Computers aufgrund der Fähigkeit des Coprozessors, Berechnungen schneller und effizienter durchzuführen.
Operationen werden verarbeitet, wenn Daten von einem der Eingangs- oder Prozessorregister der CPU in die Recheneinheit geladen werden. Das Register ist ein Teil der gesamten Speichervorrichtung des Computers, die Daten speichert. Die in diesen Registern enthaltenen Daten können viel schneller als von anderen Speicherorten abgerufen werden. Die Steuereinheit ist Teil der internen Abläufe der CPU und überträgt Anweisungen an die Rechensteuereinheit. Die Anweisungen bestehen normalerweise aus mehreren Teilen. Im Allgemeinen gibt es einen Operationscode, mindestens einen Operanden und in einigen Fällen einen Formatcode.
Der Operationscode oder Opcode weist die arithmetische Logikeinheit an, auf welcher Operation ausgeführt werden soll. Die Operanden teilen der ALU mit, wo sich die Daten befinden und an welcher Adresse die Informationen abgerufen werden können. Es hat auch die verschiedenen Funktionen, die in den Berechnungen verwendet werden sollen, wie Subtraktion oder logischer Vergleich. Der Formatcode wird typischerweise mit dem Operationscode verwendet und kann das ALU-Gleitkomma- oder Festkomma-Maschinenanweisungswort informieren.
Typische Aufgaben, die von der Recheneinheit ausgeführt werden, umfassen Addition und Subtraktion, Multiplikation und Division sowie logische Tests. Die ALU führt auch Vergleiche und Bitverschiebungsoperationen durch. Bitverschiebung ist der Prozess, der beim Verschieben der kleinsten vom Computer verarbeiteten Informationsmengen (Bit) ausgeführt wird. Bits werden zu Wörtern mit einer Größe von 32 bis 64 Bit zusammengefasst.
Arithmetische Einheiten können so entworfen werden, dass sie praktisch jede Berechnung durchführen. Für komplexere Operationen werden teurere ALUs benötigt. Diese Recheneinheiten sind normalerweise größer und erfordern mehr Platz und Leistung. Kleinere arithmetische Einheiten können die Berechnung ausführen, die Ausführung dauert jedoch länger, da die Formel in mehreren Schritten abgearbeitet wird.