Imagen: símbolo esquemático unidad aritmética lógica
Este tema esta enfocado a dar a conocer como funciona la unidad aritmetico logica, cuales son sus aplicaciones, desarrollos, caracteristicas, su forma de operacion.
Recordar que una unidad de aritmetoco logica, es un circuito electronico que realiza operaciones aritmeticas y logicas, es tambien una de las partes importantes del CPU.
Descripción general
Una unidad aritmética lógica (ALU) es un circuito digital capaz de realizar operaciones lógicas y aritméticas. ALU es el fundamento principal de la unidad central de procesamiento (CPU). Incluso los microprocesadores más simples contienen al menos una unidad de este tipo. Dentro de los procesadores y CPUs modernos e incluso unidades de procesamiento gráfico (GPU) tienen complejas, potentes ALUs, un componente sencillo puede contener uno o más ALUs. Evolución
En 1946, Von Neumann y sus colegas diseñaron un equipo para el Instituto de Princeton de Estudios Avanzados (IAS), que más tarde se convirtió en el prototipo de muchos computadores.
Von Neumann afirmó que una ALU es obligatoria para una computadora, ya que garantiza que el equipo será capaz de computar operaciones matemáticas básicas, incluyendo la adición, sustracción, multiplicación y división.
Sistemas numéricos
Las primeras computadoras utilisaron una amplia variedad de sistemas numéricos, incluido el complemento uno, el formato signo-magnitud, sistemas decimales, etc.
Un ALU procesa números en el mismo formato que el resto del circuito digital.
El método de los procesadores modernos es siempre el complemento de dos de la representación de número binario. ALUs para cada uno de los primeros sistemas numéricos tenían diferentes diseños, que también influyó en la actual preferencia por el complemento de dos.
Esta representación hace más fácil para los ALUs calcular sumas y restas.
Además, también permite restas simplemente añadiendo el negativo de un numero en lugar de usar circuitos especializados en la realizacion de sustracción.
Operaciones simples. ALUs son capaces de realizar las siguientes operaciones típicas:
(a) Operaciones Enteras (suma, resta, y, en ocasiones, multiplicación y división)
(b) Bitwise operaciones lógicas (AND, NOT, OR y XOR)
c ) Bit-shifting (cambio de una palabra a un determinado número de bits, ya sea a la izquierda oa la derecha, con o sin signo ). Los cambios (shifts) se pueden interpretar como multiplicado por 2 o dividido por 2.
Operaciones complejas. Una ALU pueden diseñarse para calcular cualquier operación, sin embargo los costos de la ALU es directamente proporcional a su complejidad que por consiguientemente, se relaciona con la ocupación de espacio en el microprocesador y la potencia.
Debido a esto misma, los diseñadores siempre deben ir por un compromiso, para ofrecer un procesador de ALU, lo suficientemente potente como para que sea rápido, pero no tan complejo como para ser prohibitivo.
Supongamos que uno tiene que calcular la raíz cuadrada de un número, el diseñador entonces examina las siguientes opciones para la aplicación de esta operación:
(a) Un diseño extraordinariamente complejode una ALU que calcula la raíz cuadrada de cualquier número en un solo paso. Esto es un cálculo en un solo ciclo del reloj.
(b) Diseñar una ALU muy compleja que calcule la raíz cuadrada de un número en varios pasos.
Los resultados intermedios se pasan por una serie de circuitos que se organizan en una línea, como una línea de producción.
Hará una ALU potente capaz de adquirir nuevos números para calcular los números anteriores, incluso aún cuando no ha acabado.
En consecuencia, la ALU será capaz de producir números tan rápido como en un ciclo de reloj ALU.
Una limitación en el presente es el resultado conjunto del ALU después de la demora inicial. Esto se conoce como cálculo de tuberías.
c)Diseñar una ALU compleja que calcula la raíz cuadrada en varios pasos.
Este cálculo es interactivo. Por lo general, se basa en el control a través de una unidad de control compleja con microcódigos incrustados.
(d) Diseñar una ALU simple en el procesador y vender un procesador especializado que el cliente puede instalar al lado de la ALU para obtener opciones de raíz cuadrada. Esto es conocido como el co-procesador.
(e) Excluir co-procesador y la emulación y los programadores pueden darse la tarea de escribir sus propios algoritmos para calcular raíces cuadradas por medio de software. Este programa puede ser incorparado por las bibliotecas de sotware.
(f) Siempre que un programa requiere raíz cuadrada de cálculo, el procesador checara por el coprocesador (llamado coprocesador de emulación). Si el coprocesador no está disponible, interrupciónes serán enviados al procesador del programa e invocar el sistema operativo para realizar la raíz cuadrada de cálculo por medio de algoritmo de software. Esta técnica se conoce como software de emulación.
Desde las simples a las complejas opciones anteriores, es evidente que incluso un simple computador puede calcular la fórmula más complicada si un compromiso con el tiempo de tiempo de retraso o de respuesta es tolerable.
Microprocesadores existentes como los Intel Core serie y AMD 64? implementas tecnicas simples de un ciclo de reloj para realizar varias operaciones sencillas, asi como tecnicas interactivas de calculo para operaciones muy complejas .
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