ALU (unidad l贸gica aritm茅tica): definici贸n, funci贸n y m谩s

<p>ALU (Unidad Aritm茅tica L贸gica) es un circuito digital que se utiliza para realizar operaciones aritm茅ticas y l贸gicas. Realiza el bloque de construcci贸n fundamental de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora. Las CPU actuales contienen ALU muy potentes y complejas. Adem谩s de las ALU, las CPU modernas contienen una unidad de control (CU). La mayor铆a de las operaciones de una CPU son ejecutadas por una o m谩s ALU, que cargan datos de registros de entrada. Un registro es una peque帽a cantidad de almacenamiento accesible como parte de una CPU. La unidad de control le dice a la ALU qu茅 operaci贸n realizar con esos datos, y la Unidad Aritm茅tica L贸gica almacena el resultado en un registro de salida.

La unidad de control mueve los datos entre estos registros, la ALU y la memoria. Las entradas a una ALU son los datos sobre los que se va a regular, llamados operandos, y el c贸digo se帽ala la operaci贸n a realizar; La salida de la ALU es el resultado de la operaci贸n realizada. En muchos dise帽os, la ALU tambi茅n tiene entradas o salidas de estado, o ambas, que transmiten instrucciones sobre una operaci贸n anterior o la operaci贸n actual, respectivamente, entre la ALU y los registros de estado externos.

Índice de contenidos

ALU (Unidad Aritm茅tica L贸gica)

Una unidad l贸gica aritm茅tica (ALU) es un circuito electr贸nico autom谩tico digital conjunto que realiza operaciones aritm茅ticas y bit a bit en n煤meros binarios enteros. Esto contrasta con una unidad de punto flotante (FPU), que opera con n煤meros de punto flotante. Una ALU es un componente importante de muchos tipos de rutas inform谩ticas, incluida la unidad central de procesamiento (CPU) de las computadoras, las FPU y las unidades de control de gr谩ficos de computadora (GPU). Una sola CPU, FPU o GPU puede contener varias ALU.

ALU ALU

Se帽ales

Una ALU tiene una variedad de redes de entrada y salida, que son los conductores el茅ctricos que se utilizan para transmitir se帽ales digitales entre la ALU y los circuitos externos. Cuando una ALU est谩 funcionando, los circuitos externos aplican se帽ales a las entradas de la ALU y, en respuesta, la ALU produce y transmite se帽ales a los circuitos externos a trav茅s de sus salidas.

Datos

Una ALU b谩sica tiene tres buses de datos paralelos que subsisten de dos operandos de entrada (A y B) y una salida de resultado (Y). Cada bus de datos es un grupo de se帽ales que transmite un n煤mero entero binario. Normalmente, los anchos de bus A, B e Y (el n煤mero de se帽ales que componen cada bus) son id茅nticos y coinciden con el tama帽o de palabra nativa de los circuitos externos.

C贸digo de operaci贸n

La entrada del c贸digo de operaci贸n es un bus paralelo que transmite a la ALU un c贸digo de opci贸n de operaci贸n, que es un valor enumerado que especifica la operaci贸n aritm茅tica o l贸gica deseada que debe realizar la ALU. El tama帽o del c贸digo de operaci贸n (su ancho de bus) resuelve el n煤mero m谩ximo de operaciones diferentes que la ALU puede funcionar; por ejemplo, un c贸digo de operaci贸n de cuatro bits puede especificar hasta diecis茅is operaciones ALU diferentes. Generalmente, un c贸digo de operaci贸n ALU no es lo mismo que un c贸digo de operaci贸n en lenguaje m谩quina, sin embargo, en algunos casos, puede estar codificado directamente como un campo de bits dentro de un c贸digo de operaci贸n en lenguaje m谩quina.

Estado

Salidas

Las salidas de estado son varias se帽ales individuales que transmiten informaci贸n de apoyo sobre el resultado de la operaci贸n actual de la ALU. Las ALU de uso general suelen tener se帽ales de estado como:

CArry-out, que transmite el acarreo emergente de una operaci贸n de suma, el pr茅stamo resultante de una operaci贸n de resta o el bit de desbordamiento resultante de una operaci贸n de desplazamiento binario.

Zero, que expresa que todos los bits de Y son cero l贸gico.

norteegative, que expresa el resultado de una operaci贸n aritm茅tica es negativo.

Overflow, que expresa el resultado de una operaci贸n aritm茅tica ha excedido el rango num茅rico de Y.

PAGaridad, que expresa si un n煤mero par o impar de bits en Y es uno l贸gico.

AAl final de cada operaci贸n de ALU, las se帽ales de salida de estado generalmente se almacenan en registros externos para que est茅n disponibles para futuras operaciones de ALU (por ejemplo, para implementar aritm茅tica de precisi贸n m煤ltiple) o para controlar la bifurcaci贸n condicional. La colecci贸n de registros de bits que almacenan las salidas de estado a menudo se trata como un registro 煤nico de varios bits, que se denomina “registro de estado” o “registro de c贸digo de condici贸n”.

Entradas

Las entradas de estado permiten que la ALU disponga de informaci贸n adicional al realizar una operaci贸n. Normalmente, se trata de un 煤nico bit de “transferencia” que es la transferencia almacenada de una operaci贸n de ALU anterior.

Elementos ALU

Elementos funcionales

Un sistema inform谩tico digital t铆pico tiene cuatro elementos funcionales b谩sicos

(1) equipo de entrada-salida,

(2) memoria principal,

(3) la unidad de control

(4) unidad aritm茅tico-l贸gica

Elementos ALUElementos ALU

Se utiliza cualquiera de varios dispositivos para ingresar datos e instrucciones de programa en una computadora y para obtener acceso a los resultados de la operaci贸n de procesamiento. Los dispositivos de entrada comunes incluyen teclados y esc谩neres 贸pticos; los dispositivos de salida incluyen impresoras y monitores. La informaci贸n recibida por una computadora desde su unidad de entrada se almacena en la memoria principal o, si no para uso inmediato, en un dispositivo de almacenamiento auxiliar. La unidad de control selecciona y llama instrucciones de la memoria en la secuencia apropiada y transmite los comandos apropiados a la unidad apropiada.

Tambi茅n sincroniza las variadas velocidades de funcionamiento de los dispositivos de entrada y salida con la de la unidad aritm茅tico-l贸gica para garantizar el movimiento adecuado de los datos a trav茅s de todo el sistema inform谩tico. La ALU realiza los algoritmos aritm茅ticos y l贸gicos seleccionados para procesar los datos entrantes a velocidades extremadamente altas, en muchos casos en nanosegundos (mil millon茅simas de segundo). La memoria principal, la unidad de control y la ALU juntas forman la unidad central de procesamiento (CPU) de la mayor铆a de los sistemas inform谩ticos digitales, mientras que los dispositivos de entrada y salida y las unidades de almacenamiento auxiliares constituyen el equipo perif茅rico.

Unidad Central de procesamiento

La CPU proporciona los circuitos que implementan el conjunto de instrucciones de la computadora en su lenguaje de m谩quina. Est谩 compuesto por una unidad aritm茅tico-l贸gica y circuitos de control. La ALU lleva a cabo operaciones aritm茅ticas y l贸gicas b谩sicas, y la secci贸n de control determina la secuencia de operaciones, incluidas las instrucciones de bifurcaci贸n que transfieren el control de una parte de un programa a otra. Aunque la memoria principal alguna vez se consider贸 parte de la CPU, hoy se considera separada. Sin embargo, los l铆mites cambian y los chips de la CPU ahora tambi茅n contienen algo de memoria cach茅 de alta velocidad donde los datos y las instrucciones se almacenan temporalmente para un acceso r谩pido.

Funcionamiento de ALUFuncionamiento de ALU

La Unidad Aritm茅tica L贸gica tiene circuitos que suman, restan, multiplican y dividen dos valores aritm茅ticos, as铆 como circuitos para operaciones l贸gicas como Y y O (donde un 1 se interpreta como verdadero y un 0 como falso, de modo que, por ejemplo , 1 Y 0 = 0; ver 脕lgebra de Boole). La ALU tiene de varios a m谩s de cien registros que contienen temporalmente los resultados de sus c谩lculos para operaciones aritm茅ticas posteriores o para transferirlos a la memoria principal.

Los circuitos de la secci贸n de control de la CPU proporcionan instrucciones de bifurcaci贸n, que toman decisiones elementales sobre qu茅 instrucci贸n ejecutar a continuaci贸n. Por ejemplo, una instrucci贸n de bifurcaci贸n podr铆a ser 鈥淪i el resultado de la 煤ltima operaci贸n de ALU es negativo, salte a la ubicaci贸n A en el programa; de lo contrario, contin煤e con la siguiente instrucci贸n “. Tales instrucciones permiten decisiones “si-entonces-si no” en un programa y la ejecuci贸n de una secuencia de instrucciones, como un “ciclo-while” que repetidamente ejecuta alg煤n conjunto de instrucciones mientras se cumple alguna condici贸n. Una instrucci贸n relacionada es la llamada de subrutina, que transfiere la ejecuci贸n a un subprograma y luego, una vez finalizado el subprograma, regresa al programa principal donde se detuvo.

驴Qu茅 componente de un procesador contiene instrucciones a la espera de ser procesadas por la ALU?

Los componentes de la CPU no son los m谩s f谩ciles de entender. Simplemente est谩n sucediendo demasiadas cosas en esas peque帽as cosas. Un aspirante a estudiante de CPU puede preguntarse qu茅 componente de un procesador que contiene instrucciones a la espera de ser procesadas por la ALU.

La respuesta simple son los niveles de cach茅 o RAM. Sin embargo, la RAM no forma parte del procesador; las memorias de nivel de cach茅 son PARTE del procesador. Otra perspectiva en profundidad le dir铆a que est谩 almacenado en Registros. Espec铆ficamente, los registros acumuladores. El lugar inmediato de donde la Unidad Aritm茅tica L贸gica obtiene datos son los registros. Antes de los acumuladores, la instrucci贸n se almacena en los registros de instrucciones actuales y antes de eso, se mueve a los registros de datos de la memoria y antes de eso, se almacena en la memoria cach茅 o en la RAM. Estoy seguro de que te he confundido. En resumen, estos son los pasos:

Pasos para obtener instrucciones para comunicarse con ALU

Generalmente, los siguientes componentes se activan en secuencia antes de que la instrucci贸n / los datos lleguen a la ALU.

  • Cach茅 / RAM
  • Registros de datos de memoria
  • Registros de instrucci贸n actuales
  • UPC
  • Registro acumulador
  • ALU

Como puede ver, el componente que contiene los datos JUSTO antes de ALU NO es el Cach茅 / RAM, es el Registro Acumulador.

驴D贸nde se encuentra la ALU?

Una unidad aritm茅tica permite a las computadoras realizar operaciones matem谩ticas con n煤meros binarios. Se encuentran en el coraz贸n de cada computadora digital y son una de las partes m谩s importantes de una CPU (Unidad Central de Procesamiento).

驴Cu谩les son los componentes de ALU?

La forma completa de ALU es la unidad l贸gica aritm茅tica que toma los datos de los registros de memoria; la Unidad Aritm茅tica L贸gica contiene el circuito l贸gico para realizar operaciones matem谩ticas como resta, suma, multiplicaci贸n, divisi贸n, operaciones l贸gicas y cambios l贸gicos en los valores contenidos en los registros del procesador o su acumulador.

驴La unidad aritm茅tica l贸gica es hardware o software?

Adem谩s de las ALU, las CPU modernas contienen una unidad de control (CU). Una Unidad Aritm茅tica L贸gica realiza operaciones aritm茅ticas b谩sicas, ejemplos de operaciones aritm茅ticas son suma, resta, multiplicaci贸n y divisi贸n.

驴Qu茅 son la Unidad Aritm茅tica L贸gica y Cu en la computadora?

La Unidad Aritm茅tica L贸gica y la CU son el coraz贸n de la CPU. La Unidad Aritm茅tica y L贸gica realiza todas las operaciones aritm茅ticas y l贸gicas como suma, resta, Y l贸gico, O, etc. CU es la Unidad de Control. Decodifica las instrucciones y controla todos los dem谩s componentes internos de la CPU para que funcione.

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