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演算論理装置(えんざんろんりそうち)は、ALU(Arithmetic Logic Unit)とも呼ばれ、コンピュータに搭載されるCPU(プロセッサ)を構成する部品の1つ。

ALUはCPUの中核である実行ユニットの一部である。

ALUは様々な四則演算や論理演算などを処理する。

現在のコンピュータのALUは2の補数表現を使っている(初期のコンピュータには1の補数を使ったり符号-仮数部形式を使ったりした)。

◆フォン・ノイマンの提案

1945年、数学者ジョン・フォン・ノイマンはEDVACと呼ばれる新しいコンピュータの基礎的レポートでALUの概念を提案した。1946年、彼はその提案を発展させてプリンストン高等研究所(IAS)でコンピュータの設計に従事し、そのIASマシンが後の多くのコンピュータの原型となった。その提案の中で、ALUなどの彼が必要と信じたものについて概説したのである。フォン・ノイマンは、コンピュータを四則演算を含む基本的な数学の計算をするものと定義し、そのための専用の器官(ALU)が必須であると述べた。

◆ ALUの動作

多くのALUは以下のような動作をする。

・ 整数演算操作 (加算、減算、乗算)

・ 論理演算 (AND、NOT、OR、XOR)

・ ビットシフト操作 (ワードを指定されたビット数ぶんだけ右(または左)にシフト(またはローテート)する。符号拡張をする場合もある)

典型的なALUでは整数の除算や浮動小数点数の処理を行わない。これらの演算の処理を行う方法としては以下のようなものがある。

・ ソフトウェアによるエミュレーション(一般にアセンブラコードでライブラリに実装される) (最も低速)

・ マイクロコードでALUが存在しない操作をエミュレーションする (中くらいの速度)

・ 除算器や浮動小数点ユニット(FPU)のような別のハードウェア部品で実現する。時にはコプロセッサという形をとる (最も高速)

◆ 入力と出力

ALUは入力として処理すべきデータ(オペランドと呼ぶ)を受け取り、制御装置からのコードで実行すべき処理(演算)の種類を認識する。

出力はその演算の結果である。

多くのALUのデザインでは、入力としてステータスレジスタ上の条件フラグを取ってきたり、逆に演算の結果としてステータスレジスタの条件フラグを変更したりする。

例えば、キャリーを入力としたり、キャリーを出力したり、算術オーバーフローをステータスレジスタに表示したり、ゼロ除算をステータスレジスタに表示したりといったことを行う。

◆ 関連項目

・ CPU

・ 加算器

・ 乗算器

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