ALU (UNITÀ ARITMETICA LOGICA): OPERAZIONI E ARCHITETTURA - TECNOLOGIA - 2026

L' ALU (Arithmetic Logical Unit) è un circuito elettronico la cui funzione è quella di svolgere tutti i processi relativi alle procedure di calcolo logico e numerico. È elencato come componente indispensabile dell'unità di elaborazione centrale (CPU) dei computer.

Le CPU recenti includono ALU molto potenti e complesse. In alcune strutture della CPU, l'ALU è diviso in un'unità aritmetica e un'unità logica. Oltre all'ALU, le CPU odierne includono un'unità di controllo.

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La maggior parte delle operazioni di una CPU vengono eseguite da una o più ALU, quando i dati vengono caricati dai registri di ingresso. Un registro è un piccolo spazio libero da memorizzare come parte di una CPU.

L'unità di controllo comunica all'ALU quale procedura eseguire con tali informazioni e salva il risultato in un registro di output. L'unità di controllo esegue il trasferimento delle informazioni tra registri, ALU e memoria.

Man mano che le procedure diventano più complesse, l'ALU occuperà anche più spazio sulla CPU, costerà di più e genererà più calore.

Operazioni svolte dall'ALU

L'ALU è principalmente dedicato all'esecuzione di operazioni logiche e matematiche, comprese le operazioni di spostamento dei bit. Questi sono processi fondamentali che devono essere eseguiti su quasi tutti i dati che la CPU elabora.

L'unità aritmetica logica è quel componente della CPU che esegue tutti i calcoli di cui la CPU potrebbe aver bisogno. È la parte "calcolatrice" del computer, poiché esegue operazioni aritmetiche e logiche di base.

Molte delle procedure sono di natura logica. Secondo il design dell'ALU, la CPU può ricevere più potenza. Tuttavia, ti farà anche utilizzare più energia e produrre più calore.

Le diverse operazioni svolte dall'ALU possono essere classificate come segue:

Operazioni logiche

Ecco le diverse operazioni logiche, come AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND, ecc.

Operazioni aritmetiche

Si riferisce all'addizione e alla sottrazione di bit. Sebbene a volte vengano utilizzate moltiplicazione e divisione, queste operazioni sono più costose da eseguire.

L'addizione ripetitiva può anche essere utilizzata per sostituire la moltiplicazione e la sottrazione ripetitiva per sostituire la divisione.

Operazioni di spostamento dei bit

Si riferisce allo spostamento delle posizioni dei bit in un certo numero di posizioni a destra oa sinistra, che è considerata un'operazione di moltiplicazione.

Unità aritmetica e logica

Nell'unità aritmetica, la moltiplicazione e la divisione vengono eseguite da una serie di operazioni di addizione o sottrazione e spostando i bit. Esistono diversi modi per rappresentare i numeri negativi.

È possibile eseguire una qualsiasi delle 16 operazioni logiche possibili sull'unità logica. Ad esempio, contrastare due operandi o riconoscere dove i bit non corrispondono.

Architettura ALU

L'ALU può accedere direttamente sia all'ingresso che all'uscita all'unità di controllo del processore, alla memoria principale e ai dispositivi di ingresso e uscita.

I dati in ingresso e in uscita vengono trasmessi attraverso un percorso elettronico chiamato bus. L'ingresso corrisponde a un'istruzione, che include uno o più operandi, un codice di operazione e, in alcuni casi, un codice di formato.

Il codice dell'operazione mostra all'ALU quale azione deve eseguire, oltre agli operandi coinvolti in tale operazione. Ad esempio, è possibile istruire i due operandi da sottrarre o confrontare.

L'output è costituito da un risultato che verrà inserito in un registro di memoria e da una configurazione che indicherà se l'operazione è andata a buon fine. In caso contrario, una sorta di stato verrà memorizzato nello stato macchina.

Il flusso di bit e le operazioni eseguite su di essi nelle subunità ALU sono controllati da circuiti di gate.

In questi circuiti, un'unità logica di sequenza è quella che dirige i cancelli, attraverso una sequenza specifica che corrisponde a ciascun codice di operazione.

Porte logiche

Tutte le informazioni in un computer vengono memorizzate e gestite sotto forma di numeri binari, ovvero 0 e 1. Gli interruttori a transistor vengono utilizzati per gestire i numeri binari, poiché ci sono solo due possibili stati in un interruttore: aperto o chiuso.

Un transistor aperto, attraverso il quale non passa corrente, rappresenta uno 0. Un transistor chiuso, attraverso il quale passa la corrente, rappresenta un 1.

Le operazioni possono essere eseguite collegando più transistor. Un transistor può essere utilizzato per pilotare un secondo transistor. Ad esempio, l'interruttore per un transistor si accende o si spegne a seconda dello stato di un secondo transistor.

Questo è noto come cancello, perché questa disposizione può essere utilizzata per consentire o interrompere la corrente elettrica.

I cancelli sono gli elementi costitutivi dell'ALU. Sono costruiti da diodi, resistori o transistor. Queste porte vengono utilizzate nel circuito integrato per rappresentare un ingresso binario come stato "on" e "off".

L'ALU è configurato tramite un circuito combinatorio. Questo circuito utilizza porte logiche come AND, OR, NOT per la sua conformazione.

E cancello

La porta AND ha due o più ingressi. L'uscita della porta AND è 1 se tutti gli ingressi sono 1. La porta AND restituisce 0 se uno qualsiasi dei dati di ingresso è 0.

O cancello

La porta OR può avere due o più ingressi. L'uscita della porta OR sarà sempre 1 se uno qualsiasi degli ingressi è 1 e 0 se tutti gli ingressi sono 0.

NON cancello

Il tipo di operazione più semplice è una porta NOT. Utilizza solo un singolo transistor. Utilizza un singolo input e produce un singolo output, che è sempre l'opposto dell'input.

La porta NOT viene utilizzata per invertire il risultato delle porte o invertire lo stato booleano da 0 a 1 e da 1 a 0. Viene utilizzata anche con le porte "AND" e "OR".

Quando utilizzato in combinazione con la porta AND o "OR", la porta NOT è rappresentata da un piccolo cerchio davanti a entrambe le porte.

Dopo aver utilizzato la porta NOT, le porte AND diventano NAND e le porte "OR" diventano NOR.

Records

Sono un componente molto importante nell'ALU per memorizzare le istruzioni, i dati intermedi, gli operandi di input, gli operandi che vengono aggiunti, il risultato accumulato, che viene memorizzato in un accumulatore, e il risultato finale.

I registri forniscono un accesso molto veloce alla memoria, rispetto a cache, RAM e disco rigido. Sono integrati nella CPU e sono piccoli.

Riferimenti

1. Paul Zandbergen (2019). Arithmetic Logic Unit (ALU): definizione, design e funzione. Studia. Tratto da: study.com.
2. Techopedia (2019). Unità logica aritmetica (ALU). Tratto da: ceilingpedia.com.
3. Margaret Rouse (2019). Unità logica-aritmetica (ALU). Techtarget. Tratto da: whatis.techtarget.com.
4. Dinesh Thakur (2019). Cos'è l'unità logica aritmetica (ALU)? - Definizione e significato. Note sull'ecomputer. Tratto da: ecomputernotes.com.
5. Wikipedia, l'enciclopedia libera (2019). Unità logica aritmetica. Tratto da: en.wikipedia.org.