ARQUITECTURA DE LA ALU
Una unidad aritmética lógica (ALU) es un circuito digital capaz de realizar operaciones lógicas y aritméticas. ALU es el fundamento principal de la unidad central de procesamiento (CPU). Incluso los microprocesadores más simples contienen al menos una unidad de este tipo. Dentro de los procesadores y CPUs modernos e incluso unidades de procesamiento gráfico (GPU) tienen complejas, potentes ALUs, un componente sencillo puede contener uno o más ALUs.
En 1946, Von Neumann y sus colegas diseñaron un equipo para el Instituto de Princeton de Estudios Avanzados (IAS), que más tarde se convirtió en el prototipo de muchos computadores. Von Neumann afirmó que una ALU es obligatoria para una computadora, ya que garantiza que el equipo será capaz de computar operaciones matemáticas básicas, incluyendo la adición, sustracción, multiplicación y división.
Sistemas numericos
Las primeras computadoras utilisaron una amplia variedad de sistemas numéricos, incluido el complemento uno, el formato signo-magnitud, sistemas decimales, etc.
Un ALU procesa números en el mismo formato que el resto del circuito digital.
El método de los procesadores modernos es siempre el complemento de dos de la representación de número binario. ALUs para cada uno de los primeros sistemas numéricos tenían diferentes diseños, que también influyó en la actual preferencia por el complemento de dos.
Esta representación hace más fácil para los ALUs calcular sumas y restas.
Además, también permite restas simplemente añadiendo el negativo de un numero en lugar de usar circuitos especializados en la realizacion de sustracción.
Operaciones simples:
ALUs son capaces de realizar las siguientes operaciones típicas:
a) Operaciones Enteras (suma, resta, y, en ocasiones, multiplicación y división)
b) Bitwise operaciones lógicas (AND, NOT, OR y XOR)
c) Bit-shifting (cambio de una palabra a un determinado número de bits, ya sea a la izquierda oa la derecha, con o sin signo ). Los cambios (shifts) se pueden interpretar como multiplicado por 2 o dividido por 2.
Operaciones complejas:
Una ALU pueden diseñarse para calcular cualquier operación, sin embargo los costos de la ALU es directamente proporcional a su complejidad que por consiguientemente, se relaciona con la ocupación de espacio en el microprocesador y la potencia.
Debido a esto misma, los diseñadores siempre deben ir por un compromiso, para ofrecer un procesador de ALU, lo suficientemente potente como para que sea rápido, pero no tan complejo como para ser prohibitivo.
Aqui les dejo un link para ver (LA ALU)
REGISTROS (ALU)
Su misión es realizar las operaciones con los datos que recibe, siguiendo las indicaciones dadas por la unidad de control. El nombre de unidad aritmética y lógica se debe a que puede realizar operaciones tanto aritméticas como lógicas con los datos transferidos por la unidad de control
La unidad de control maneja las instrucciones y la aritmética y lógica procesa los datos.
Para que la unidad de control sepa si la información que recibe es una instrucción o dato, es obligatorio que la primera palabra que reciba sea una instrucción, indicando la naturaleza del resto de la información a tratar.
Para que la unidad aritmética y lógica sea capaz de realizar una operación aritmética, se le deben proporcionar, de alguna manera, los siguientes datos:
1. El código que indique la operación a efectuar.
2. La dirección de la celda donde está almacenado el primer sumando.
3. La dirección del segundo sumando implicado en la operación.
4. La dirección de la celda de memoria donde se almacenará el resultado.
Los registros se dividen en tres grupos principales:
• Registros de Propósito General.
• Registros de Segmento de Memoria.
• Registros de Instrucciones.
Aqui les dejo un link para ver (LA ALU CON REGISTROS)
REPRESENTACION INTERNA ALU
Un tipico symbolo de ALU: A & B son los datos de entrada (registros); R es el dispositivo de salida; F son las instrucciones de la unidad de control; D es un status de salida.
Almacenamiento primario (memoria principal)
La seccion de almacenamiento primario (tambien llamado almacenamiento interno, almacenamiento principal, memoria principal) sirve para cuatro propositos
Mantiene la transferencia de datos de un dispositivo I/O hacia el area de almacenamiento, donde permanecen hasta que la computadora esta lista para procesarlos
Almacenamiento primario (memoria principal)
La seccion de almacenamiento primario (tambien llamado almacenamiento interno, almacenamiento principal, memoria principal) sirve para cuatro propositos
Mantiene la transferencia de datos de un dispositivo I/O hacia el area de almacenamiento, donde permanecen hasta que la computadora esta lista para procesarlos
SUMA Y REGISTRO (ALU)
La suma y la resta son operaciones de dos palabras de 1 bit de las que se obtiene una suma y un carry. Existen distintas formas de implementar la suma y la resta.
Si sumamos números decimales es común la expresión “cinco mas siete es igual a doce, entonces son dos y llevo uno”. Este “llevo uno” se conoce como el acarreo. De la misma manera se realiza una suma binaria de varios bits. Unicamente necesitamos recordar las sencillas reglas de la suma binaria de un bit.
1+1 = 0 y llevo 1
1+0 = 1
0+1 = 1
0+0 = 0
1+0 = 1
0+1 = 1
0+0 = 0
1+1+1 = 1 y llevo 1
RESTA
La resta se lleva de manera similar en números decimales y binarios. Si en la suma existe el acarreo, en la resta existe el “préstamo”, igual que en decimales.
1. = 0
1. = 1
0. = 0
.0–1 = 1 prestando un uno al bit siguiente.
Con estas reglas tenemos por ejemplo.
11001001- 00110101 = 10010100
1. = 1
0. = 0
.0–1 = 1 prestando un uno al bit siguiente.
Con estas reglas tenemos por ejemplo.
11001001- 00110101 = 10010100
MULTIPLICACION Y DIVISION (ALU)
La multiplicación.
La multiplicación se puede calcular fácilmente mediante un algoritmo de sumas y desplazamientos. Si el multiplicando es de n bits y el multiplicador de m, entonces el producto es de n + m bits. La multiplicación en binario es muy sencilla ya que se trata de multiplicar por “1” ó por “0”. Veamos un ejemplo en sistema decimal y otro en sistema binario:
La multiplicación se puede calcular fácilmente mediante un algoritmo de sumas y desplazamientos. Si el multiplicando es de n bits y el multiplicador de m, entonces el producto es de n + m bits. La multiplicación en binario es muy sencilla ya que se trata de multiplicar por “1” ó por “0”. Veamos un ejemplo en sistema decimal y otro en sistema binario:
Ejemplo en sistema decimal:
Multiplicando 5 3 2
Multiplicador 4 3 1
________
2 5 3 2
1 5 9 6
2 1 2 8
Producto 2 2 9 2 9 2
Ejemplo en sistema binario:
Multiplicando 1 0 1 1
Multiplicador 1 1 0 1
___________
1 1 0 1 1
1 0 0 0 0
1 1 0 1 1
1 0 1 1
Producto 1 0 0 0 1 1 1 1
Multiplicando 5 3 2
Multiplicador 4 3 1
________
2 5 3 2
1 5 9 6
2 1 2 8
Producto 2 2 9 2 9 2
Ejemplo en sistema binario:
Multiplicando 1 0 1 1
Multiplicador 1 1 0 1
___________
1 1 0 1 1
1 0 0 0 0
1 1 0 1 1
1 0 1 1
Producto 1 0 0 0 1 1 1 1
La división.
Podemos expresar la división como: Dividendo = Cociente x Divisor + Resto. El resto es más pequeño que el divisor y hay que reservar el doble de espacio de éste para el dividendo. Supondremos números positivos. Veamos un ejemplo:
Ejemplo 1:
Dividendo ! 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 ! Divisor
1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 ! Cociente
1 0 1 1
0 0 1 1 1 0
1 0 1 1
0 0 1 1 1
1 0 1 1
0 1 0 0 ! Resto
Dividendo ! 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 ! Divisor
1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 ! Cociente
1 0 1 1
0 0 1 1 1 0
1 0 1 1
0 0 1 1 1
1 0 1 1
0 1 0 0 ! Resto
OPERACIONES LOGICAS (ALU)
Operaciones Lógicas de Comparación. • La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND, realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (•), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Tabla de verdad puerta AND
Entrada A Entrada B Salida AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
Su definición se puede dar, como una compuerta que entrega un 1 lógico sólo si todas las entradas están a nivel alto 1. • La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la operación de suma lógica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
Tabla de verdad puerta AND
Entrada A Entrada B Salida AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1
Su definición se puede dar, como una compuerta que entrega un 1 lógico sólo si todas las entradas están a nivel alto 1. • La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la operación de suma lógica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
Su tabla de verdad es la siguiente:
Tabla de verdad puerta OR
Entrada A Entrada B Salida A + B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
Podemos definir la puerta O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de sus entradas está a 1.
Tabla de verdad puerta OR
Entrada A Entrada B Salida A + B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
Podemos definir la puerta O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de sus entradas está a 1.
La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A’B+AB’. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta XOR Entrada A Entrada B Salida A B
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas). Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a (b c) o bien (a b) c. Su tabla de verdad sería: XOR de tres entradas Entrada A Entrada B Entrada C Salida A B C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1
Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta XOR Entrada A Entrada B Salida A B
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas). Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a (b c) o bien (a b) c. Su tabla de verdad sería: XOR de tres entradas Entrada A Entrada B Entrada C Salida A B C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1
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