Unidad Aritmética Lógica

Unidad Aritmetica Logica
Germán Damas

1. Unidad Aritmética-Lógica Germán Damas C.I: 25.393.632 Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Puerto Ordaz Ingeniería en Sistemas

2. Unidad Aritmética Lógica: ALU Símbolo de una ALU E l acumulador y el registro  actúan como operandos . La salida se graba en el acumulador A es la entrada de la unidad de control . B es un estado de la salida. Esta unidad se encarga de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (sumas, restas, productos, divisiones) y de tipo lógico (comparaciones ). Además de los operadores lógicos y aritméticos, la ALU cuenta con una serie de registros para almacenar los datos, y bits de información sobre los resultados, también llamados banderas . Las banderas más comunes son: Carry , Auxiliary Carry , Borrow , Overflow , Parity , Zero.

3. El matemático John von Neumann propuso el concepto de la ALU en 1945, cuando escribió un informe sobre las fundaciones para un nuevo computador llamado EDVAC ( Electronic Discrete Variable Automatic Computer ). En la propuesta, von Neumann esbozó lo que él creyó sería necesario en su máquina, es un requisito fundamental para una computadora porque está garantizado que tendrá que efectuar operaciones matemáticas básicas. Otras características: El circuito ALU es simplemente un operador, es decir, sólo realiza operaciones . La ALU no toma decisiones . Las entradas deben contener tanto la magnitud como el signo que corresponda a la operación . La ALU requiere de un mecanismo de control que le permita saber el tipo de operación a realizar.

4. La ALU está formada a su vez por los siguientes elementos: ACUMULADOR CIRCUITO OPERACIONAL FLAGS REN 2 REN 1 BUS INTERNO MICROORDENES Registros de entrada ( REN):En ellos se almacenan los datos u operandos que intervienen en una instrucción antes de la realización de la operación por parte del circuito operacional. También se emplean para el almacenamiento de resultados intermedios o finales de las operaciones respectivas. Circuito operacional : Contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con los datos procedentes de los registros de entrada (REN). Este circuito tiene unas entradas de órdenes para seleccionar la clase de operación que debe realizar en cada momento (suma, resta, etc .).

5. Registro acumulador: Almacena los resultados de las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional. Está conectado con los registros de entrada para realimentación en el caso de operaciones encadenadas. Asimismo tiene una conexión directa al bus de datos para el envío de los resultados a la memoria central o a la unidad de control. Registro de estado ( flags ): Se trata de unos registros de memoria en los que se deja constancia algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que habrán de ser tenidas en cuenta en operaciones posteriores. Por ejemplo, en el caso de hacer una resta, tiene que quedar constancia si el resultado fue cero, positivo o negativo.

6. Diseño de una ALU Una ALU simple de 2 bits que hace operaciones de AND, OR, XOR y adición. En la imagen se muestra una ALU de 2 bits con dos registros de entrada (operandos) llamadas A y B: A[0] y B[0 ] corresponden al bit menos significativo y A[1] y B[1] corresponden al bit más significativo. Cada bit de la ALU se procesa de manera idéntica, con la excepción del direccionamiento del bit de acarreo. Las entradas A y B van hacia las cuatro puertas de la izquierda, de arriba a abajo, , AND, OR, y XOR. Las tres primeras puertas realizan las operaciones XOR, AND, y OR sobre los datos A y B. La última puerta XOR es la puerta inicial de un sumador completo.

7. El paso final de las operaciones sobre cada bit es la multiplexación de los datos. La entrada OP de 3 bits, OP[0], OP[1] y OP[2] (desde la unidad de control) determina que  función se va a realizar:              OP = 000 → XOR             OP = 001 → AND             OP = 010 → OR             OP = 011 → Adición El resto de entradas del multiplexor está libre para otras operaciones ( resta , multiplicación , división , NOT A, NOT B, etc.) Aunque OP[2] actualmente no es utilizada en este montaje (a pesar de estar conectada ), sería usada para realizar otras operaciones aparte de las 4 operaciones ya comentadas . Los datos de acarreo de entrada y acarreo de salida , llamados flags ( banderas ), son típicamente conectados a algún tipo de registro de estado .

8. Operaciones Simples La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientes operaciones: Operaciones aritméticas de números enteros (adición, sustracción, y a veces multiplicación y división, aunque ésto es más complejo) Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR, XOR, XNOR) Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un número específico de bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin extensión de signo). Los desplazamientos pueden ser interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2.

9. ALU vs. FPU Una unidad de coma flotante, Floating Point Unit (FPU), también realiza operaciones aritméticas entre dos valores, pero lo hace para números en representación de coma flotante, que es mucho más complicada que la representación de complemento a dos usada comúnmente en una ALU. Para hacer estos cálculos, una FPU tiene incorporados varios circuitos complejos, no incluyendo algunas ALU internas. Generalmente los ingenieros llaman ALU al circuito que realiza operaciones aritméticas en formatos de número entero (como complemento a dos y BCD), mientras que los circuitos que calculan en formatos más complejos como coma flotante, números complejos, etc., reciben generalmente un nombre más ilustre.