Unidad Aritmtica Lgica

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA INDUSTRIALRODOLFO LOERO ARISMENDIEXTENSIN LAS GARZAS

Unidad Aritmtica Lgica

Unidad Aritmtica Lgica

La ALU o unidad aritmtica lgica consiste en un circuito digital que permite realizar operaciones aritmticas y lgicas entre dos nmeros.ALU viene del ingls y es acrnimo de Arithmetic Logic Unit. En espaol, la unidad aritmtico lgica vendra a ser una especie de circuito que tiene la capacidad de calcular operaciones como adicin, substraccin u otras como NOT y XOR. Una ALU puede encontrarse en todo tipo de circuitos y dispositivos electrnicos. Por ejemplo, en un reloj de pulsera digital que permite la adicin de un segundo en forma constante. Pero tambin y en cantidad en un complejo circuito de microprocesador moderno. Otros ejemplos se encuentran en tarjetas grficas, de sonido o video, equipos de TV de alta definicin, y lectoras de CD.Una funcin esencial de muchas computadoras y calculadoras es la realizacin de operaciones aritmticas. Estas operaciones se efectan en la unidad aritmtica-lgica de una computadora, donde se combinan compuertas lgicas y flip-flops de manera que puedan sumar, restar, multiplicar y dividir nmeros binarios. Estos circuitos efectan operaciones aritmticas a velocidades que son humanamente imposibles. Comnmente, una operacin de adicin se llevar menos de 1 microsegundo.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 y, 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. Entre estas ltimas pueden contarse, por caso, calcular la raz cuadrada, emular a un coprocesador y mltiples otras.Otro circuito similar al de una unidad de este tipo es el FPU o Floating Point Unit, que realiza operaciones aritmticas pero para nmeros en representacin de punto flotante, los cuales son ms complejos y sofisticados.

El esquema de una ALU en general incluye a A y B como operandos, R como salida, F como entrada de la unidad de control, y D como estado de la salida.

Terminales de la ALU Entrada, 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, la respuesta a computo de la operacin y el notificador de la operacin realizada. Registros de estado, entradas y salidas con informacin de acarreo, overflow, divisin por cero y otras ms.

Buses utilizadosEl data bus: (De entrada) lleva la informacin a la unidad aritmtica para su procesamiento.El status bus: (De salida) los resultados e informacin procesada en la ALU son transportados a la unidad de Control.Registro de estado: la palabra binaria 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, divisin

Desplazamiento 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, DISYUNCIN.

ComparacionesPara que pueda tomar decisiones entre 2 o ms opciones o saltos condicionados.

Complejas Al realizarse estas suben el costo del procesador, consume ms energa y su diseo ser ms sofisticado y complejo.

Clasificacin de lasALU por su complejidad

AvanzadasDe arquitectura muy compleja, tiene en su interior circuitos que realizan muchas operaciones, por tanto es muy rpida y costosa.

Semi-avanzadasTiene 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.

ElementalesEmulan 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.

SimuladoresAl 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.

Datos ProcesadosLaALUtrabaja con nmeros binarios, y para las restas el ms efectivo es 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.

ComponentesLa ALU contiene en su interior los circuitos que permiten realizar las operaciones y son: Circuito operacional, registros de entradas, registro de estados y buses de conexin interna y externa.

Registros de la ALUAC AccumulatorSe emplean para almacenar operandos y resultados de operaciones de la ALU temporalmente.

MQ (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.

HardwareEstructura de la unidad aritmtico lgica

Sumador Completo

Sumador de 16 bits construido con 4 sumadores de 4 bits

Multiplicador de dos nmerosMultiplicador binario de dos nmeros sin signo

Circuito del multiplicador

Unidad en coma flotante fpu:Tiene varios circuitos complejos, incluyendo, ALUs internas, trabaja con coma flotante y con nmeros complejos. Esta denominacin la realizan generalmente ingenieros.

Referencias Bibliogrficas

http://rafazarquitectura.blogspot.com/2010/09/unidad-aritmetica-logica.html