1. De Arithmetic Logic Unit (ALU):de rekenmachine

De taak van de ALU is het uitvoeren van rekenkundige en logische bewerkingen op gegevens. Dit omvat:

* Rekenkundige bewerkingen: Optellen, aftrekken, vermenigvuldigen, delen, verhogen, verlagen.

* Logische bewerkingen: AND, OR, XOR, NOT, vergelijkingen (groter dan, kleiner dan, gelijk aan).

* Bitgewijze bewerkingen: Bits naar links of rechts verschuiven (handig voor vermenigvuldigen/delen door machten van 2), bits maskeren.

Hoe het werkt:

1. Gegevensinvoer: De ALU ontvangt gegevens (operands) van registers – kleine, snelle geheugenlocaties binnen de CPU.

2. Uitvoering van de bewerking: Gebaseerd op de instructie ontvangen van de CU, voert de ALU de gespecificeerde bewerking uit op de invoergegevens.

3. Resultaatuitvoer: Het resultaat van de bewerking wordt opgeslagen in een register of teruggeschreven naar het geheugen. De ALU stelt ook vaak vlaggen (statusbits) in die zaken aangeven als overflow (resultaat te groot voor het register), nulresultaat of carry (een cijfer dat wordt overgedragen tijdens het optellen). Deze vlaggen worden door de CU gebruikt om beslissingen te nemen over daaropvolgende instructies.

2. De controle-eenheid (CU):de baas

De CU is het ‘brein’ van de CPU en stuurt de stroom van gegevens en bewerkingen aan. De belangrijkste verantwoordelijkheden zijn:

1. Instructie ophalen: De CU haalt instructies één voor één op uit het geheugen, op basis van de programmateller (PC), die het adres van de volgende instructie bijhoudt.

2. Instructie decoderen: De CU decodeert de opgehaalde instructie om te bepalen welke bewerking moet worden uitgevoerd en om welke gegevens het gaat. Deze decodering omvat het begrijpen van de opcode (bewerkingscode) en operanden (gegevens).

3. Operand ophalen: De CU haalt de benodigde operanden op uit registers of geheugen.

4. ALU-bediening: De CU verzendt de operanden en de bedieningscode naar de ALU. Vervolgens wacht het totdat de ALU zijn werking heeft voltooid.

5. Resultaatopslag: Zodra de ALU klaar is, stuurt de CU de opslag van het resultaat terug naar een register of geheugenlocatie.

6. Programmateller bijwerken: De CU werkt de programmateller bij zodat deze naar de volgende instructie in de programmareeks wijst.

7. Vertakkingen en sprongen: Op basis van de door de ALU ingestelde vlaggen (of andere omstandigheden) kan de CU de programmastroom wijzigen. Dit kan gepaard gaan met het springen naar een andere locatie in het geheugen of het voorwaardelijk uitvoeren van codeblokken (bijvoorbeeld 'if'-instructies).

8. Invoer/uitvoer (I/O)-besturing: De CU beheert de communicatie met externe apparaten (zoals toetsenborden, monitoren en harde schijven).

Interactie tussen ALU en CU:

De ALU en CU werken nauw met elkaar samen:

* De CU orkestreert alle operaties. Het vertelt de ALU wat hij moet doen en waar hij de gegevens kan ophalen.

* De ALU voert de berekeningen uit, zet vlaggen en geeft feedback aan de CU.

* De CU gebruikt deze feedback om beslissingen te nemen over de volgende stappen in de uitvoering van het programma.

In wezen is de ALU verantwoordelijk voor het "wat" (het uitvoeren van berekeningen), terwijl de CU verantwoordelijk is voor het "hoe" (het controleren van de gegevensstroom en bewerkingen). Ze zijn onderling afhankelijk en essentieel voor de functionaliteit van elke microprocessor.