Unidad Aritmtica Lgica La unidad Aritmtico Lgica, es parte de la
CPU, se la conoce como ALU por sus siglas en ingls de (arithmetic
logic unit) en su interior tiene los circuitos digitales que
realizan las operaciones aritmticas y lgicas, entre dos operandos,
sobre esta muchas operaciones; realiza la resta, la multiplicacin a
travs de sumas mltiples o con complementos, esto se realiza
cargando los operando en el acumulador AC que recibe mediante el
bus de datos. Es necesario que se deba determinar en su interior
las condiciones en las que son procesados los operandos, como si es
negativo o positivo, si se ha desbordado la capacidad, con esta
informacin se determinar cual ser la decisin a tomar. Tpicamente,
una unidad aritmtico lgica est compuesta por un circuito
operacional, un registro de entradas, un registro acumulador y un
registro de estados. Estas entidades permiten el correcto
funcionamiento de la ALU, por ejemplo, son responsables de la
resolucin de operaciones aritmticas de nmeros enteros, operaciones
lgicas de bits, operaciones de desplazamiento de bits y otras ms
complejas.El resto de los elementos del computador (unidad de
control, registros, memoria, E/S) estn principalmente para
suministrar datos a la ALU, a fin de que esta los procese y para
recuperar los resultados.Con la ALU llegamos al estudio de lo que
puede considerarse el ncleo o esencia del computador.Historia El
matemtico John von Neumann propuso el concepto de la ALU en 1945,
cuando escribi un informe sobre las fundaciones para un nuevo
computador llamado EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer) (Computador Automtico Variable Discreto Electrnico). Ms
adelante, en 1946, trabaj con sus colegas diseando un computador
para el Princeton Institute of Advanced Studies (IAS) (Instituto de
Princeton de Estudios Avanzados). El IAS computer se convirti en el
prototipo para muchos computadores posteriores. En esta propuesta,
von Neumann esboz lo que l crey sera necesario en su mquina,
incluyendo una ALU. Von Neumann en 1945 explic que una ALU es un
requisito fundamental para una computadora porque necesita efectuar
operaciones matemticas bsicas: adicin, sustraccin, multiplicacin, y
divisin. Por lo tanto, crey que era "razonable que una computadora
debera contener los rganos especializados para estas operaciones".
Estos rganos basados en el siguiente diagrama seran los siguientes:
A, B operandos de entrada F es la entrada de la unidad de control D
es el estado de la salida R salida Actualmente las ALU existen en
todo circuito electrnico moderno, desde realizar incrementos de 1
al tiempo actual, en contadores de circuitos sencillos y de
incrementacin en calculadoras bsicas, hasta las sofisticadas en los
procesadores Phenom AMD II y Core i7 de Intel; en procesadores
grficos, tarjetas de sonido, lectores pticos (CD) y televisores de
alta definicin en donde se ubican ALUs muy potentes. Los mainframes
con muchos ncleos y estos con mltiples unidades de ejecucin y cada
una de ellas con su ALU.Los elementos bsicos que componen la
ALUCircuito operacional (COP): Contiene los circuitos necesarios
para la realizacin de las operaciones con los datos procedentes del
Registro de Entrada.Registro de Entrada (RE): Contiene los datos u
operandos que intervienen en una instruccin antes de que se realice
la operacin por parte del COP.Registro de Estado (RS): Contiene un
conjunto de biestables (indicadores) en los que se deja constancia
de condiciones que se dieron en la ltima operacin realizada y que
habrn de ser tenidas en cuenta en operaciones posteriores.Registro
Acumulador (RA): Almacena los resultados de las operaciones
realizadas por el COP.Mediante el siguiente esquema podemos
visualizar el orden de los componentes
Terminales de la Unidad Aritmtica LgicaLas Terminales de la
Unidad Aritmtico Lgica (ALU) son: Entrada: Son los dos operandos
con los datos o con nmeros a ser procesados y la entrada de un
cdigo desde la unidad de Control con la informacin de que operacin
debe realizar, Salida: Es la respuesta a computo de la operacin y
el notificador de la operacin realizada. Registros de estado: Las
cuales permiten las entradas y salidas con informacin de acarreo,
overflow, divisin por cero y otras ms.Buses Utilizados Primero
antes de saber cules son los bus con los que trabaja la unidad
aritmtica lgica debemos tener claro que en arquitectura de
computadores, el bus (o canal) es un sistema digital que transfiere
datos entre los componentes de una computadora o entre varias
computadoras. Est formado por cables o pistas en un circuito
impreso, dispositivos como resistores y condensadores adems de
circuitos integrados y con esto podemos definir que los buses con
los que trabaja son: DATA BUS (de entrada): lleva la informacin a
la unidad aritmtica para su procesamiento. STATUS BUS (de salida):
los resultados e informacin procesada en la ALU son transportados a
la unidad de Control. REGISTRO DE ESTADO: son las palabras o nmeros
binarios con los datos de trabajo de la ALU.Operaciones en la
ALUSIMPLESAritmticas: operaciones que se realiza desde la ms bsica
y que se incrementan de acuerdo al diseo y complejidad de esta
unidad y pueden ser desde: SUMA, RESTA, MULTIPLICACIN,
DIVISINDesplazamiento: al mover palabras a izquierda o derecha;
como las ejecutadas en operaciones con BITS por o para 2 (producto
y divisin) y sus mltiplos con circuitos biestables D y JK.Lgicas:
mediante bits para determinar la situacin de las condiciones y ests
se realizan con las compuertas AND OR NOT, NAND, NOR, YES XOR XNOR
y otras. Estas son; INVERSIN, CONJUNCIN, DISYUNCINComparaciones: se
usan para que pueda tomar decisiones entre 2 o ms opciones o saltos
condicionados.COMPLEJAS Al realizarse estas sube el costo del
procesador, consume ms energa y su diseo ser ms sofisticado y
complejo. Existe una clasificacin de las ALUS segn su complejidad y
es la siguiente:Avanzadas: Son de arquitectura muy compleja, tiene
en su interior circuitos que realizan muchas operaciones, por tanto
es muy rpida y costosa.Semiavanzadas: Estas tiene una arquitectura
con circuitos de varias operaciones pero ya utiliza micro cdigo
para realizar en apoyo a las operaciones tiene velocidad menores a
las avanzadas.Bsicas: Estas tienen un equilibrio en software y
hardware, contienen circuitos que realizan operaciones en coma
flotante, utilizan micro cdigos y software para complementar las
tareas.Elementales: Emulan la existencia del coprocesador, verifica
la existencia o no de circuitos de clculo o coprocesador matemtico,
proceso denominado emulacin por software. Contiene los circuitos ms
simples pero es lenta en sus procesos. Simuladores: Estas al no
tener hardware y emulador, se tiene que realizar programas que con
algoritmos realicen todas las operaciones desde las sumas pasando
por races hasta las ms avanzadas y se tiene para esto bibliotecas
de software. Son muy lentas por toda la simulacin que debe
realizar.Funciones de la ALURealiza dos tipos de funciones:1.
Realizacin de las operaciones aritmticas como: suma, resta,
multiplicacin y divisin2. Ejecucin de operaciones de tipo lgico:
comparacin de dos datos.La ALU efecta las operaciones aritmticas
por medio de unos circuitos electrnicos que componen los siguientes
dispositivos: dispositivo de adicin, registros y dispositivo de
control de clculo. El dispositivo de adicin sirve para calcular las
operaciones de suma, resta, multiplicacin y divisin. Esto es as ya
que estas tres ltimas operaciones se pueden efectuar mediante sumas
sucesivas o cambiando el signo en la operacin de sumar. Los
registros se utilizan para contener los operandos, los resultados
parciales que se van obteniendo en las distintas operaciones y los
resultados finales. El dispositivo de clculo dirige y controla las
operaciones de clculo que se realizan en la ALU.Para realizar las
comparaciones la ALU dispone de un circuito llamado comparador, que
es capaz de detectar si dos datos son iguales, o cul de los dos es
el mayor o el menor.DATOS PROCESADOSLa ALU trabaja con nmeros
binarios, y es muy efectivo debido a los elementos que trabajan con
ellos el complemento a dos por su simpleza; con el formato signo
magnitud, y para nmeros muy grandes se lo realiza con coma flotante
que contiene mantisa, base y exponente.Registros de la ALU La
Unidad Aritmtico-Lgica (ALU) es el elemento funcional de la CPU
encargada de la ejecucin de instrucciones. Dicha ejecucin viene
determinada por las rdenes de la Unidad de Control, y el resultado
de la instruccin activa los correspondientes indicadores de estado
(Signo, Cero, Acarreo, Sobrepasamiento...) que son utilizados por
la Unidad de Control para determinar el funcionamiento de las
siguientes instrucciones. El banco de registros proporciona los
operandos al elemento de clculo (operador), y almacena resultados
intermedios y finales. Es frecuente la existencia de uno de estos
registros, denominado acumulador, que suele trabajar como registro
resultado de la operacin y tiene un tratamiento especial respecto
de las instrucciones que pueden ejecutarse con l (mayor cantidad y
tipos que con los otros registros). AC Accumulator: Se emplean para
almacenar operandos y resultados de operaciones de la ALU
temporalmenteMQ: Multiplier Quotient: Se emplean para almacenar
operandos y resultados de operaciones de la ALU que no soporta el
AC en forma temporal. Por ejemplo, el resultado de multiplicar dos
nmeros de 40 bits es un nmero de 80 bits; los 40 bits ms
significativos se almacenan en AC y los menos significativos se
almacenan en MQ. MBR Memory Buffer Register: Contiene una palabra
que debe ser almacenada en la memoria, o es usado para recibir una
palabra procedente de la memoria. Interacciona con toda la
computadora. Internamente, los datos deben acceder a la ALU para
realizar operaciones. La ALU puede tener acceso directo al MBR y a
los registros, o bien puede disponer de registros buffer
adicionales, que sirven como registros entrada/salida a la ALU e
intercambian datos con MBR y registros.
Instituto Universitario PolitcnicoSantiago MarioExtensin Puerto
OrdazEscuela de Ingeniera de Sistemas
Unidad Aritmtico Lgico
Profesora: Alumno:Richard Rodrguez Clinty Asensio Antonio Moreno
Francisco La Rosa Jos Vsquez 2125150
Puerto Ordaz-Noviembre del 2014
