अंकगणितीय यूनिट का डिज़ाइन क्या है? | Design of Arithmetic Unit in Computer Architecture in Hindi


अंकगणितीय यूनिट (Arithmetic Unit) का डिज़ाइन क्या है?

कंप्यूटर आर्किटेक्चर में, अंकगणितीय यूनिट (Arithmetic Unit) वह घटक है जो विभिन्न प्रकार के गणितीय और तार्किक (Logical) संचालन निष्पादित करता है। यह अर्थमेटिक लॉजिक यूनिट (ALU) का एक भाग होता है और अंकगणितीय संचालन जैसे जोड़ (Addition), घटाव (Subtraction), गुणा (Multiplication), और भाग (Division) को निष्पादित करता है।

अंकगणितीय यूनिट की संरचना (Structure of Arithmetic Unit)

अंकगणितीय यूनिट को आमतौर पर निम्नलिखित घटकों से मिलकर डिज़ाइन किया जाता है:

घटक कार्य
अर्थमेटिक लॉजिक यूनिट (ALU) सभी अंकगणितीय और तार्किक संचालन निष्पादित करता है।
अक्युमुलेटर (Accumulator) गणना के दौरान मध्यवर्ती परिणामों को संग्रहीत करता है।
रजिस्टर (Registers) डाटा और ऑपरेशन्स को अस्थायी रूप से संग्रहीत करता है।
कंट्रोल यूनिट (Control Unit) सभी गणनाओं और डेटा ट्रांसफर को नियंत्रित करता है।
फ्लैग्स और स्टेटस बिट्स कैरी, ओवरफ्लो, और जीरो फ्लैग्स को संग्रहीत करता है।

अंकगणितीय यूनिट में निष्पादित ऑपरेशन

ऑपरेशन विवरण
जोड़ (Addition) दो बाइनरी संख्याओं को जोड़ा जाता है।
घटाव (Subtraction) एक संख्या को दूसरी संख्या से घटाया जाता है (2’s कम्प्लीमेंट विधि का उपयोग करके)।
गुणा (Multiplication) दो संख्याओं को गुणा किया जाता है (बूथ का एल्गोरिदम आदि का उपयोग)।
विभाजन (Division) संख्याओं को भाग दिया जाता है (रिस्टोरिंग और नॉन-रिस्टोरिंग डिवीजन का उपयोग)।
शिफ्ट और रोटेट ऑपरेशन डेटा बिट्स को दाएँ या बाएँ शिफ्ट किया जाता है।

अंकगणितीय यूनिट का डिज़ाइन (Design of Arithmetic Unit)

अंकगणितीय यूनिट के डिज़ाइन में अंकगणितीय सर्किट का उपयोग किया जाता है जो विभिन्न लॉजिक गेट्स, मल्टीप्लेक्सर्स, और फ्लिप-फ्लॉप्स से मिलकर बना होता है।

1. जोड़ने के लिए हाफ ऐडर और फुल ऐडर

  • हाफ ऐडर (Half Adder): दो बाइनरी बिट्स को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है।
  • फुल ऐडर (Full Adder): तीन बाइनरी बिट्स (दो इनपुट और एक कैरी) को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है।

2. घटाने के लिए 2’s कम्प्लीमेंट

  • घटाने के लिए, संख्या का 2’s कम्प्लीमेंट लिया जाता है और फिर इसे जोड़ा जाता है।

3. गुणा के लिए बूथ का एल्गोरिदम

  • बूथ का एल्गोरिदम साइन किए गए मल्टीप्लिकेशन के लिए उपयोग किया जाता है।

4. भाग के लिए रिस्टोरिंग और नॉन-रिस्टोरिंग डिवीजन

  • रिस्टोरिंग डिवीजन में हर स्टेप पर भागफल को पुनर्स्थापित किया जाता है।
  • नॉन-रिस्टोरिंग डिवीजन तेज़ गणना के लिए उपयोग किया जाता है।

अंकगणितीय यूनिट और लॉजिक यूनिट में अंतर

विशेषता अंकगणितीय यूनिट लॉजिक यूनिट
कार्य गणितीय संचालन करता है लॉजिक ऑपरेशन निष्पादित करता है
मुख्य कार्य जोड़, घटाव, गुणा, विभाजन AND, OR, NOT, XOR
उपयोग गणना आधारित कार्यों के लिए तार्किक निर्णय लेने के लिए

अंकगणितीय यूनिट के उपयोग

  • कंप्यूटर प्रोसेसर में अंकगणितीय गणनाओं के लिए।
  • साइंटिफिक और इंजीनियरिंग गणनाओं में।
  • डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (DSP) में।
  • डेटा एनालिसिस और मशीन लर्निंग एल्गोरिदम में।

निष्कर्ष

अंकगणितीय यूनिट कंप्यूटर प्रोसेसर का एक महत्वपूर्ण भाग है, जो सभी गणनाओं को निष्पादित करता है। इसका डिज़ाइन हाफ ऐडर, फुल ऐडर, बूथ का एल्गोरिदम, और 2’s कम्प्लीमेंट जैसी तकनीकों पर आधारित होता है।

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