Unidad aritmetica-logica

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1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN Integrante: José Leonardo Vásquez 28.242.945 Profesor: José Guzmán Unidad aritmética- lógica Maturín, noviembre 2021

2. ¿ Que es una Unidad Aritmética – Logica? Es la parte encargada de procesar los datos, se conoce también como ALU ( Arithmetic-Logic Unit ). Las operaciones que realiza son aritméticas y lógicas entre los datos de un circuito; suma, resta, multiplica y divide, así como establece comparaciones lógicas a través de los condicionales lógicos “si”, “no”, y, “o”. Desde los circuitos más simples, como relojes y calculadoras, hasta complejos circuitos, como los microchips actuales, todos incluyen al menos una Unidad aritmético-lógica, que varía su poder y complejidad según su finalidad.

3. Unidad Aritmética – Logica En 1945 John P. Eckert y John W. Mauchly dieron vida a este concepto. Más tarde, John von Neumann través de un informe fundacional sobre el desarrollo del Computador Automático Variable Discreto Electrónico (EDVAC, por sus siglas en inglés), propuso la idea de la ALU, explicando que es un requisito indispensable para cualquier computadora el poder efectuar operaciones matemáticas básicas. , Una ALU puede encontrarse en todo tipo de circuitos y dispositivos electrónicos. Por ejemplo, en un reloj de pulsera digital que permite la adición de un segundo en forma constante O también y en cantidad en un complejo circuito de microprocesador moderno. Otros ejemplos se encuentran en tarjetas gráficas, de sonido o video, equipos de TV de alta definición, y lectoras de CD.

4. Dipositivos de Procesamiento : Placa Madre La tarjeta madre, placa base o motherboard es una tarjeta de circuito impreso que posibilita la integración de todos los componentes de una computadora. Para esto, cuenta con un software básico conocido como BIOS, que le permite cumplir con sus funciones.

5. Dipositivos de Procesamiento : CPU CPU son las siglas de Central Processing Unit , lo que traducido significa Unidad Central de Procesamiento. Se trata de uno de los componentes vitales de un computador,. sin él, simplemente no seria capaz de funcionar. A la CPU se la suele llamar coloquialmente como microprocesador o simplemente procesador, y se puede considerar como el ‘‘cerebro’’ de cualquier dispositivo. Se encarga de procesar todas las instrucciones del dispositivo, leyendo las órdenes y requisitos del sistema operativo, así como las instrucciones de cada uno de los componentes y las aplicaciones.

6. Dipositivos de Procesamiento : Memoria La definición de memoria caché dice que es uno de los recursos con los que cuenta una CPU (Unidad Central de Procesamiento) para almacenar temporalmente datos recientemente procesados en una memoria auxiliar. Se trata de lo que se conoce como una memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) muy rápida y colocada cerca de la CPU. Así, pese a su pequeño tamaño, la memoria caché opera con mayor velocidad, dotando al microprocesador de un tiempo extra para acceder a los datos que se usan con más frecuencia.

7. Tipo de Operaciones con una ALU: Una ALU no puede funcionar por sí sola, por lo que va a ser necesaria una unidad de control que le marque que instrucción ha de realizar y sobre que dato lo ha de hacer. Por lo que en esta explicación vamos a suponer que tenemos una unidad de control acompañando a nuestra ALU. Una ALU lo que le permite a una cualquier tipo de procesador, ya sea una CPU o una GPU, realizar operaciones matemáticas con números binarios. Por lo que no es más que una calculadora binaria, siendo el tipo de ALU más simple el que permite sumar dos números de 1 bit cada uno

8. Tipo de Operaciones con una ALU: Resta Binaria Aquí se basa en que en el caso de que estemos trabajando con enteros binarios. Esto no funciona con números en coma flotante. Podemos utilizar el mismo mecanismo que se utiliza para sumar dos números para realizar la operación de resta. Lo único que necesitamos es invertir el valor del segundo operando a través de una serie de puertas NOT y sumar 1 al resultado final. Gracias a ellos podemos utilizar el mismo hardware para realizar una operación de suma para realizar una resta.

9. Tipo de Operaciones con una ALU: Multiplicación y división binarias en potencias de 2 La forma de multiplicación más simple en un sistema binario es la multiplicación por números múltiplos de 2, al ser un sistema binario, sólo tenemos que implementar un mecanismo donde los datos de entrada se desplacen varias posiciones a la izquierda, si estamos multiplicando, o a la derecha, si estamos dividiendo. ¿La cantidad de posiciones? Depende del índice de potencia de 2 del multiplicador, así pues, si estamos multiplicando por 8 que es 2³ entonces deberemos desplazar el número 3 posiciones hacia la izquierda y si es dividiendo 3 posiciones a la derecha. Es por este motivo que las ALU integran también operaciones de desplazamiento de bits, las cuales son la base para multiplicar o dividir por múltiplos de 2.

10. Tipo de Operaciones con una ALU: Multiplicación con números que no son potencia de 2 Suponiendo que quiero multiplicar 25 x 25, en binario el proceso es tal que: Siendo el número 25 en este caso 11001 y por tanto un número de 5 bits. Binariamente vamos a multiplicar 11001 x 11001 y para ello vamos a tener que utilizar las puertas AND. En primer lugar, multiplicamos 11001 x 1 = 11001, en segundo lugar, multiplicamos 11001 x 0= 0000, escribimos el resultado una posición hacia la izquierda, en tercer lugar multiplicamos 11001 x 0= 0000, escribimos el resultado dos posiciones hacia la izquierda, en cuarto lugar, multiplicamos 11001 x 1 = 11001, escribimos el resultado tres posiciones hacia la izquierda, en quinto lugar, multiplicamos 11001 x 1 = 11001, escribimos el resultado cuatro posiciones hacia la izquierda Teniendo en cuenta la posición de cada operación sumamos el resultado, el cual nos debería dar como resultado 01001110001

11. Tipo de Operaciones con una ALU: Operaciones matematicas mas complejas Cuanto más compleja sea una operación mas transistores se necesitaran. Para cada operación existe un mecanismo distinto y cuando la unidad de control le dice a una ALU el tipo de operación que ha de ejecutar entonces lo que está haciendo es decirle que tiene que utilizar esa mecanismo en concreto para ese operación matemática en concreto. Como lo importante es ahorrar en transistores, las operaciones más complejas se definen como una sucesión de las más simples con tal de reaprovechar el hardware. Esto lleva a que esas operaciones más complejas requieren una cantidad de ciclos de reloj más altos. Aunque en algunos diseños se implementan mecanismos completos que permiten realizar dichas operaciones en una cantidad de ciclos mucho menores e incluso en un solo ciclo en muchos casos, pero no son habituales en las CPU. En donde sí que son utilizadas en las GPU, donde vemos un tipo de unidad llamada Special Function Unit que se encarga de ejecutar lo que llamamos operaciones trascendentales como por ejemplo las razones trigonométricas que se utilizan en la geometría.

12. Como opera una ‘‘ALU’’ Teniendo en cuenta que una ALU no opera con los datos en memoria, sino que en el proceso de captación y descodificación los datos con los que ha de trabajar se guardan en un registro llamado acumulador, sobre el que se realizan las operaciones. En algunos sistemas más complejos se utiliza más de un registro para las operaciones aritméticas y en algunos casos incluso registros especiales para algunas instrucciones. Los cuales se encuentran documentados la mayoría de veces, pero en otros casos debido a que son utilizados en solo ciertas instrucciones no se suelen documentar. El motivo por el cual utilizar los registros es por su cercanía respecto a la ALU, si se utilizará la memoria RAM entonces se tardaría mucho más tiempo en realizar una simple operación. El otro motivo es porque se consumiría mucha más energía para realizar una operación.

13. Muchas Gracias por su Atencion !