En el sistema informàtic, ALU és un component principal de la unitat central de processament, que significa unitat lògica aritmètica i realitza operacions aritmètiques i lògiques. També es coneix com a unitat entera (IU) que és un circuit integrat dins d'una CPU o GPU, que és l'últim component per realitzar càlculs al processador. Té la capacitat de realitzar tots els processos relacionats amb operacions aritmètiques i lògiques, com ara operacions de suma, resta i desplaçament, incloses les comparacions booleanes (operacions XOR, OR, AND i NOT). A més, els nombres binaris poden realitzar operacions matemàtiques i per bits. La unitat aritmètica lògica es divideix en AU (unitat aritmètica) i LU (unitat lògica). Els operands i el codi utilitzats per l'ALU li indiquen quines operacions s'han de realitzar segons les dades d'entrada. Quan l'ALU completa el processament de l'entrada, la informació s'envia a la memòria de l'ordinador.

superíndex en il·lustrador

Excepte per realitzar càlculs relacionats amb la suma i la resta, les ALU gestionen la multiplicació de dos nombres enters, ja que estan dissenyats per executar càlculs de nombres enters; per tant, el seu resultat també és un nombre enter. Tanmateix, les operacions de divisió normalment poden no ser realitzades per ALU, ja que les operacions de divisió poden produir un resultat en un nombre de coma flotant. En canvi, la unitat de coma flotant (FPU) sol gestionar les operacions de divisió; altres càlculs no enters també es poden realitzar mitjançant FPU.

A més, els enginyers poden dissenyar l'ALU per realitzar qualsevol tipus d'operació. Tanmateix, l'ALU es fa més costós a mesura que les operacions es fan més complexes perquè ALU destrueix més calor i ocupa més espai a la CPU. Aquesta és la raó per fer una ALU potent per part dels enginyers, que proporciona la garantia que la CPU també és ràpida i potent.

Els càlculs que necessita la CPU els gestiona la unitat aritmètica lògica (ALU); la majoria de les operacions entre elles són de naturalesa lògica. Si la CPU es fa més potent, es dissenya el que es fa sobre la base de l'ALU. Aleshores crea més calor i pren més potència o energia. Per tant, ha de ser una moderació entre el complex i potent que és l'ALU i no ser més costós. Aquesta és la raó principal per la qual les CPU més ràpides són més costoses; per tant, prenen molta energia i destrueixen més calor. Les operacions aritmètiques i lògiques són les principals operacions que realitza l'ALU; també realitza operacions de canvi de bits.

Tot i que l'ALU és un component important del processador, el disseny i la funció de l'ALU poden ser diferents en els diferents processadors. Per a cada cas, algunes ALU estan dissenyades per realitzar només càlculs d'enters, i algunes són per a operacions de coma flotant. Alguns processadors inclouen una única unitat lògica aritmètica per realitzar operacions, i altres poden contenir nombroses ALU per completar els càlculs. Les operacions que realitza ALU són:

Operacions lògiques:Les operacions lògiques consisteixen en NOR, NOT, AND, NAND, OR, XOR i més.Operacions de canvi de bits:És responsable del desplaçament en les ubicacions dels bits cap a la dreta o l'esquerra per un nombre determinat de llocs que es coneix com a operació de multiplicació.Operacions aritmètiques:Tot i que realitza la multiplicació i la divisió, això fa referència a la suma i la resta de bits. Però les operacions de multiplicació i divisió són més costoses de fer. En lloc de la multiplicació, la suma es pot utilitzar com a substitut i la resta per a la divisió.

Senyals d'unitat aritmètica lògica (ALU).

L'ALU conté una varietat de connexions elèctriques d'entrada i sortida, la qual cosa va portar a llançar els senyals digitals entre l'electrònica externa i l'ALU.

L'entrada d'ALU rep senyals dels circuits externs i, en resposta, l'electrònica externa obté senyals de sortida de l'ALU.

Dades: L'ALU conté tres busos paral·lels, que inclouen dos operands d'entrada i de sortida. Aquests tres autobusos gestionen el nombre de senyals, que són els mateixos.

Opcode: Quan l'ALU realitzarà l'operació, el codi de selecció d'operacions descriu quin tipus d'operació realitzarà una ALU aritmètica o lògica.

Estat

Sortida:Els resultats de les operacions ALU els proporcionen les sortides d'estat en forma de dades suplementàries, ja que són múltiples senyals. Normalment, els senyals d'estat com desbordament, zero, executar, negatius i més estan continguts per ALU generals. Quan l'ALU completa cada operació, els registres externs contenien els senyals de sortida d'estat. Aquests senyals s'emmagatzemen en els registres externs que han fet que estiguin disponibles per a futures operacions ALU.Entrada:Quan ALU un cop realitza l'operació, les entrades d'estat permeten a ALU accedir a més informació per completar l'operació amb èxit. A més, l'execució emmagatzemada d'una operació ALU anterior es coneix com a bit d'entrada únic.

Configuracions de l'ALU

A continuació es mostra la descripció de com interactua ALU amb el processador. Cada unitat aritmètica lògica inclou les configuracions següents:

• Arquitectura del conjunt d'instruccions
• Acumulador
• Pila
• Registra't per registrar-te
• Registre Stack
• Registre de memòria

Acumulador

El resultat intermedi de cada operació està contingut en l'acumulador, el que significa que l'arquitectura de conjunt d'instruccions (ISA) no és més complexa perquè només cal contenir un bit.

En general, són molt ràpids i menys complexos però per fer que l'Acumulador sigui més estable; cal escriure els codis addicionals per omplir-lo amb els valors adequats. Malauradament, amb un sol processador, és molt difícil trobar acumuladors per executar el paral·lelisme. Un exemple d'acumulador és la calculadora d'escriptori.

Pila

Sempre que es realitzen les últimes operacions, aquestes s'emmagatzemen a la pila que conté els programes en ordre de dalt a baix, que és un petit registre. Quan s'afegeixen els programes nous per executar-los, empenyen per posar els programes antics.

Registre-Registre Arquitectura

Inclou un lloc per a 1 instrucció de destinació i 2 instruccions d'origen, també coneguda com a màquina operativa de 3 registres. Aquesta arquitectura de conjunt d'instruccions ha de tenir més longitud per emmagatzemar tres operands, 1 destinació i 2 fonts. Després del final de les operacions, tornar a escriure els resultats als Registres seria difícil, i també la longitud de la paraula hauria de ser més llarga. Tanmateix, es pot provocar més problemes amb la sincronització si es seguia la regla d'escriptura en aquest lloc.

El component MIPS és un exemple de l'arquitectura registre a registre. Per a l'entrada, utilitza dos operands, i per a la sortida, utilitza un tercer component diferent. L'espai d'emmagatzematge és difícil de mantenir, ja que cadascun necessita una memòria diferent; per tant, ha de ser premium en tot moment. A més, pot ser difícil realitzar algunes operacions.

Registre - Arquitectura de pila

Generalment, la combinació d'operacions de registre i acumulador es coneix com a Registre - Arquitectura de pila. Les operacions que s'han de realitzar a l'arquitectura de la pila de registres es col·loquen a la part superior de la pila. I els seus resultats es mantenen a la part superior de la pila. Amb l'ajuda de l'ús del mètode de poliment invers, es poden desglossar operacions matemàtiques més complexes. Alguns programadors, per representar operands, utilitzen el concepte d'arbre binari. Significa que la metodologia de poliment invers pot ser fàcil per a aquests programadors, mentre que pot ser difícil per a altres programadors. Per dur a terme operacions Push i Pop, cal crear un nou maquinari.

Registre i memòria

En aquesta arquitectura, un operand prové del registre, i l'altre prové de la memòria externa ja que és una de les arquitectures més complicades. La raó darrere d'això és que cada programa pot ser molt llarg, ja que requereixen mantenir-se a l'espai de memòria complet. En general, aquesta tecnologia s'integra amb la tecnologia Register-Register Register i pràcticament no es pot utilitzar per separat.

Avantatges de l'ALU

ALU té diversos avantatges, que són els següents:

• Admet arquitectura paral·lela i aplicacions d'alt rendiment.
• Té la capacitat d'obtenir la sortida desitjada simultàniament i combinar variables senceres i de coma flotant.
• Té la capacitat de realitzar instruccions en un conjunt molt gran i té un alt rang de precisió.
• L'ALU pot combinar dues operacions aritmètiques en el mateix codi com la suma i la multiplicació o la suma i la resta, o dos operands qualsevol. Per al cas, A+B*C.
• Durant tot el programa, es mantenen uniformes i estan espaiats de manera que no poden interrompre una part intermèdia.
• En general, és molt ràpid; per tant, proporciona resultats ràpidament.
• No hi ha problemes de sensibilitat ni malbaratament de memòria amb ALU.
• Són menys costosos i minimitzen els requisits de la porta lògica.

Inconvenients de l'ALU

Els desavantatges d'ALU es discuteixen a continuació:

• Amb l'ALU, les variables flotants tenen més retards i el controlador dissenyat no és fàcil d'entendre.

• Els errors es produirien al nostre resultat si l'espai de memòria fos definit.
• És difícil entendre els aficionats ja que el seu circuit és complex; també, el concepte de pipeline és complex d'entendre.
• Un desavantatge demostrat de l'ALU és que hi ha irregularitats en les latències.
• Un altre demèrit és l'arrodoniment, que afecta la precisió.