- Operacions realitzades per l'ALU
- operacions lògiques
- operacions aritmètiques
- Operacions de desplaçament de bits
- Unitat aritmètica i lògica
- Arquitectura de l'ALU
- comportes lògiques
- comporta AND
- comporta OR
- comporta NOT
- Registres
- referències
La ALU (unitat aritmètica lògica) és un circuit electrònic la funció és dur a terme tots els processos relacionats amb els procediments de lògica i càlcul numèric. Figura com un component indispensable de la unitat central de processament (CPU) de les computadores.
Les CPU recents inclouen ALU molt potents i complexes. En algunes estructures de CPU, l'ALU es divideix en una unitat aritmètica i una unitat lògica. A més de l'ALU, les CPU actuals inclouen una unitat de control.
Font: CC BY-SA 3.0, La majoria de les operacions d'una CPU són realitzades per una o més ALU, en carregar les dades des dels registres d'entrada. Un registre és un petit espai lliure per emmagatzemar com a part d'una CPU.
La unitat de control li indica a l'ALU quin procediment ha d'executar amb aquesta informació, i guarda el resultat en un registre de sortida. La unitat de control realitza la transferència de la informació entre els registres, l'ALU i la memòria.
A mesura que els procediments es tornen més complexos, l'ALU també va a ocupar més espai en la CPU, tindrà un major cost, i generarà més calor.
Operacions realitzades per l'ALU
La ALU es dedica primordialment a realitzar operacions lògiques i matemàtiques, incloent les operacions de desplaçament de bits. Aquests són processos fonamentals que s'han d'executar en gairebé totes les dades que processa la CPU.
La unitat aritmètica lògica és aquest component de la CPU que executa tots els càlculs que la CPU pugui necessitar. És la part "calculadora" de l'ordinador, ja que realitza les operacions aritmètiques i lògiques bàsiques.
Gran part dels procediments són d'índole lògic. D'acord amb el disseny que tingui l'ALU, se li podrà donar a la CPU major potència. No obstant això, farà també que gasti més energia i produeixi més calor.
Les diferents operacions que porta a terme l'ALU es poden classificar de la següent manera:
operacions lògiques
Aquí es troben les diferents operacions lògiques, com ara AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, etc.
operacions aritmètiques
Es refereix a la suma i resta de bits. Encara que de vegades es fa servir la multiplicació i la divisió, aquestes operacions són més costoses de realitzar.
Es poden usar també sumes repetitives per substituir la multiplicació i restes repetitives per substituir la divisió.
Operacions de desplaçament de bits
Es refereix a el desplaçament de les posicions dels bits en un cert nombre de llocs cap a la dreta o cap a l'esquerra, el que es considera com una operació de multiplicació.
Unitat aritmètica i lògica
En la unitat aritmètica, la multiplicació i la divisió es realitzen mitjançant una sèrie d'operacions de suma o resta i amb el desplaçament dels bits. Hi ha diverses formes de representar els números negatius.
En la unitat lògica es pot dur a terme qualsevol de les 16 operacions lògiques possibles. Per exemple, contrastar dos operands o reconèixer en quins llocs no coincideixen els bits.
Arquitectura de l'ALU
La ALU pot accedir directament tant d'entrada com sortida a la unitat de control de l'processador, a la memòria principal i als dispositius d'entrada i sortida.
Les dades d'entrada i de sortida són transmesos a través d'una ruta electrònica anomenada bus. L'entrada correspon a una instrucció, la qual inclou un o més operands, un codi d'operació i, en alguns casos, un codi de format.
El codi d'operació li mostra a l'ALU quina és l'acció que aquesta ha d'executar, a més dels operands involucrats en aquesta operació. Per exemple, podria indicar que es restin o es comparin els dos operands.
La sortida consta d'un resultat que es col·locarà en un registre d'emmagatzematge i d'una configuració que indicarà si l'operació es va realitzar amb èxit. Si no és així, s'emmagatzemarà algun tipus d'estat en l'estat de la màquina.
El flux de bits i les operacions realitzades sobre ells en les subunitats de l'ALU són controlats mitjançant circuits de comportes.
En aquests circuits, una unitat lògica de seqüència és la que dirigeix les comportes, a través d'una seqüència específica que correspongui a cada codi d'operació.
comportes lògiques
Tota la informació en un ordinador s'emmagatzema i es maneja en forma de nombres binaris, és a dir, 0 i 1. Per manejar els nombres binaris s'utilitzen els interruptors dels transistors, ja que només hi ha dos estats possibles en un interruptor: obert o tancat.
Un transistor obert, mitjançant el qual no passa corrent, representa un 0. Un transistor tancat, a través del qual sí passa corrent, representa l'1.
Les operacions es poden aconseguir a l'connectar múltiples transistors. Es pot usar un transistor per controlar un segon transistor. Per exemple, l'interruptor d'un transistor s'encén o s'apaga depenent de l'estat d'un segon transistor.
Això es coneix com comporta, perquè aquesta disposició es pot utilitzar per permetre o aturar el corrent elèctric.
Les comportes són els blocs de construcció de l'ALU. Es construeixen a partir de díodes, resistències o transistors. Aquestes comportes s'utilitzen en el circuit integrat per representar una entrada binària com a estat «encès» i «apagat».
La ALU es configura a través d'un circuit combinatori. Aquest circuit s'utilitza per a la seva conformació comportes lògiques com AND, OR, NOT.
comporta AND
La comporta AND té dues o més entrades. La sortida de la comporta AND es 1 si totes les entrades són 1. La comporta AND dóna 0 com a resultat si qualsevol de les dades d'entrada és 0.
comporta OR
La comporta OR pot tenir dos o més entrades. La sortida de la comporta OR sempre serà 1 si alguna de les entrades és 1 i 0 si totes les entrades són 0.
comporta NOT
El tipus més simple d'operació és una comporta NOT. Aquesta usa solament un únic transistor. Utilitza una sola entrada i produeix una sola sortida, que sempre és el contrari de l'entrada.
La comporta NOT s'usa per revertir el resultat de les comportes o invertir l'estat booleà de 0 a 1 i d'1 a 0. També s'usa amb la comporta «AND» i «OR».
Quan s'usa en conjunt amb la comporta AND o «OR», la comporta NOT es representa amb un cercle petit davant de les dues comportes.
Després d'usar la comporta NOT, les comportes AND esdevenen NAND i les comportes «OR» esdevenen NOR.
Registres
Són un component molt important en l'ALU per emmagatzemar instruccions, dades intermedis, els operands d'entrada, els operands que s'agreguen, el resultat acumulat, que és emmagatzemat en un acumulador, i el resultat final.
Els registres proporcionen un accés molt ràpid a la memòria, si es comparen amb la memòria cau, la RAM i el disc dur. Estan construïts en la CPU i són petits.
referències
- Paul Zandbergen (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU): Definition, Design & Function. Study. Pres de: study.com.
- Techopedia (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU). Pres de: techopedia.com.
- Margaret Rouse (2019). Arithmetic-logic unit (ALU). Techtarget. Pres de: whatis.techtarget.com.
- Dinesh Thakur (2019). Què és el Arithmetic Logic Unit (ALU)? - Definition and meaning. Ecomputer Notes. Pres de: ecomputernotes.com.
- WikiLingue the free encyclopedia (2019). Arithmetic logic unit. Pres de: en.wikipedia.org.