En el sistema informático, ALU es un componente principal de la unidad central de procesamiento, que significa unidad lógica aritmética y realiza operaciones aritméticas y lógicas. También se conoce como unidad entera (UI) que es un circuito integrado dentro de una CPU o GPU, que es el último componente en realizar cálculos en el procesador. Tiene la capacidad de realizar todos los procesos relacionados con operaciones aritméticas y lógicas, como operaciones de suma, resta y desplazamiento, incluidas comparaciones booleanas (operaciones XOR, OR, AND y NOT). Además, los números binarios pueden realizar operaciones matemáticas y bit a bit. La unidad aritmética lógica se divide en AU (unidad aritmética) y LU (unidad lógica). Los operandos y el código utilizados por la ALU le indican qué operaciones deben realizar según los datos de entrada. Cuando la ALU completa el procesamiento de la entrada, la información se envía a la memoria de la computadora.

Excepto realizar cálculos relacionados con sumas y restas, las ALU manejan la multiplicación de dos números enteros, ya que están diseñadas para ejecutar cálculos de números enteros; por tanto, su resultado también es un número entero. Sin embargo, la ALU normalmente no puede realizar operaciones de división, ya que las operaciones de división pueden producir un resultado en un número de punto flotante. En cambio, la unidad de punto flotante (FPU) normalmente maneja las operaciones de división; La FPU también puede realizar otros cálculos que no sean números enteros.

Además, los ingenieros pueden diseñar la ALU para realizar cualquier tipo de operación. Sin embargo, ALU se vuelve más costosa a medida que las operaciones se vuelven más complejas porque ALU destruye más calor y ocupa más espacio en la CPU. Esta es la razón por la que los ingenieros fabrican una ALU potente, que proporciona la seguridad de que la CPU también es rápida y potente.

Los cálculos que necesita la CPU son manejados por la unidad aritmética lógica (ALU); la mayoría de las operaciones entre ellas son de naturaleza lógica. Si la CPU se hace más potente, se diseña sobre la base de la ALU. Luego crea más calor y consume más potencia o energía. Por tanto, debe haber moderación entre lo compleja y potente que es ALU y no ser más costosa. Ésta es la razón principal por la que las CPU más rápidas son más costosas; por tanto, consumen mucha energía y destruyen más calor. Las operaciones aritméticas y lógicas son las principales operaciones que realiza la ALU; también realiza operaciones de cambio de bits.

Aunque la ALU es un componente importante del procesador, el diseño y la función de la ALU pueden ser diferentes en los diferentes procesadores. Por ejemplo, algunas ALU están diseñadas para realizar únicamente cálculos de números enteros y otras son para operaciones de punto flotante. Algunos procesadores incluyen una única unidad lógica aritmética para realizar operaciones y otros pueden contener numerosas ALU para completar cálculos. Las operaciones realizadas por ALU son:

Operaciones lógicas:Las operaciones lógicas constan de NOR, NOT, AND, NAND, OR, XOR y más.Operaciones de cambio de bits:Se encarga del desplazamiento en las ubicaciones de los bits hacia la derecha o hacia la izquierda un cierto número de lugares lo que se conoce como operación de multiplicación.Operaciones aritmeticas:Aunque realiza multiplicaciones y divisiones, esto se refiere a sumas y restas de bits. Pero las operaciones de multiplicación y división son más costosas de realizar. En lugar de la multiplicación, la suma se puede utilizar como sustituto de la división y la resta.

Señales de unidad aritmética lógica (ALU)

La ALU contiene una variedad de conexiones eléctricas de entrada y salida, lo que llevó a transmitir las señales digitales entre la electrónica externa y la ALU.

La entrada de ALU recibe señales de los circuitos externos y, en respuesta, la electrónica externa recibe señales de salida de ALU.

Datos: La ALU contiene tres buses paralelos, que incluyen dos operandos de entrada y salida. Estos tres buses manejan la cantidad de señales, que son las mismas.

Código de operación: Cuando la ALU va a realizar la operación, el código de selección de operación describe qué tipo de operación una ALU va a realizar una operación aritmética o lógica.

Estado

Producción:Los resultados de las operaciones de la ALU los proporcionan las salidas de estado en forma de datos suplementarios, ya que son señales múltiples. Por lo general, las señales de estado como desbordamiento, cero, realización, negativa y más están contenidas en ALU generales. Cuando la ALU completa cada operación, los registros externos contenían las señales de salida de estado. Estas señales se almacenan en los registros externos que llevaron a que estuvieran disponibles para futuras operaciones de ALU.Aporte:Cuando ALU realiza la operación una vez, las entradas de estado le permiten a ALU acceder a más información para completar la operación con éxito. Además, el acarreo almacenado de una operación ALU anterior se conoce como un único bit de 'acarreo'.

Configuraciones de la ALU

A continuación se proporciona una descripción de cómo interactúa ALU con el procesador. Cada unidad aritmético lógica incluye las siguientes configuraciones:

operador ternario java

• Set de instrucciones arquitectura
• Acumulador
• Pila
• Registrarse para registrarse
• Pila de registro
• Registrar Memoria

Acumulador

El resultado intermedio de cada operación está contenido en el acumulador, lo que significa que la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) no es más compleja porque solo se requiere mantener un bit.

Generalmente, son mucho más rápidos y menos complejos, pero para hacer que Accumulator sea más estable; los códigos adicionales deben escribirse para completarlo con los valores adecuados. Desafortunadamente, con un solo procesador, es muy difícil encontrar acumuladores para ejecutar el paralelismo. Un ejemplo de acumulador es la calculadora de escritorio.

Pila

Siempre que se realizan las últimas operaciones, se almacenan en la pila que contiene los programas en orden de arriba hacia abajo, que es un pequeño registro. Cuando se agregan los nuevos programas para ejecutar, presionan para colocar los programas antiguos.

Arquitectura Registro-Registro

Incluye un lugar para 1 instrucción de destino y 2 instrucciones de origen, también conocida como máquina de operación de 3 registros. Esta arquitectura de conjunto de instrucciones debe ser más larga para almacenar tres operandos, 1 destino y 2 fuentes. Una vez finalizadas las operaciones, sería difícil escribir los resultados en los Registros y, además, la longitud de la palabra debería ser más larga. Sin embargo, pueden producirse más problemas con la sincronización si se sigue la regla de reescritura en este lugar.

El componente MIPS es un ejemplo de arquitectura registro a registro. Para la entrada, utiliza dos operandos y para la salida, utiliza un tercer componente distinto. El espacio de almacenamiento es difícil de mantener ya que cada uno necesita una memoria distinta; por lo tanto, tiene que ser premium en todo momento. Además, puede resultar difícil realizar algunas operaciones.

Registrarse - Arquitectura de pila

Generalmente, la combinación de operaciones de Registro y Acumulador se conoce como Registro - Arquitectura de pila. Las operaciones que deben realizarse en la arquitectura de la pila de registros se colocan en la parte superior de la pila. Y sus resultados se mantienen en la parte superior de la pila. Con la ayuda del método de pulido inverso, se pueden descomponer operaciones matemáticas más complejas. Algunos programadores, para representar operandos, utilizan el concepto de árbol binario. Significa que la metodología de pulido inverso puede resultar fácil para estos programadores, mientras que puede resultar difícil para otros programadores. Para llevar a cabo operaciones Push y Pop, es necesario crear nuevo hardware.

Registro y Memoria

En esta arquitectura, un operando proviene del registro y el otro proviene de la memoria externa, ya que es una de las arquitecturas más complicadas. La razón detrás de esto es que cada programa puede ser muy largo ya que requiere mantenerse en el espacio de memoria completo. Generalmente, esta tecnología está integrada con la tecnología Registro-Registro Registro y prácticamente no se puede utilizar por separado.

Ventajas de la ALU

ALU tiene varias ventajas, que son las siguientes:

• Admite arquitectura paralela y aplicaciones de alto rendimiento.
• Tiene la capacidad de obtener el resultado deseado simultáneamente y combinar variables enteras y de punto flotante.
• Tiene la capacidad de realizar instrucciones en un conjunto muy grande y tiene un alto rango de precisión.
• La ALU puede combinar dos operaciones aritméticas en el mismo código, como suma y multiplicación o suma y resta, o dos operandos cualesquiera. Para el caso, A+B*C.
• A lo largo de todo el programa, permanecen uniformes y están espaciados de manera que no puedan interrumpir las partes intermedias.
• En general es muy rápido; por lo tanto, proporciona resultados rápidamente.
• No hay problemas de sensibilidad ni desperdicio de memoria con ALU.
• Son menos costosos y minimizan los requisitos de la puerta lógica.

Desventajas de ALU

Las desventajas de ALU se analizan a continuación:

• Con la ALU, las variables flotantes tienen más retrasos y el controlador diseñado no es fácil de entender.

• Los errores ocurrirían en nuestro resultado si el espacio de memoria fuera definido.
• Es difícil entender a los aficionados ya que su circuito es complejo; Además, el concepto de canalización es complejo de entender.
• Una desventaja comprobada de ALU es que existen irregularidades en las latencias.
• Otro inconveniente es el redondeo, que afecta a la precisión.