In quanto cervello metaforico di un computer, un'unità logica aritmetica (ALU) esegue tutte le operazioni di calcolo e di confronto. L'ALU funge da base per le unità di elaborazione centrale (CPU), le unità di elaborazione grafica (GPU) e le unità a virgola mobile (FPU). Una semplice ALU ha tre bus di dati: due operandi a bit singolo (A e B) che danno come risultato un'uscita (Y).
Storia dell'ALU
L'ALU è stato introdotto nel 1945 dal matematico John von Neumann, meglio conosciuto per il suo sviluppo dell'architettura di Von Neumann. Le macchine di Neumann hanno introdotto programmi memorizzati ed eseguito istruzioni sequenzialmente, il che ha comportato un rendimento e prestazioni limitati.
Negli anni '1970, l Intel 74181 lasciò il posto agli odierni microprocessori a chip singolo. L'ALU a 4 bit conteneva l'equivalente di 75 porte logiche ed è stata la prima ad esistere in un unico pacchetto. Le ALU odierne sono più complesse e hanno caratteristiche aggiuntive come i traslatori a barilotto e i moltiplicatori binari, rendendole effettivamente in grado di eseguire un volume maggiore di operazioni più complesse in un tempo più breve.
Tipi di operazioni ALU
Esistono quattro tipi di combinazioni di input binari, dove 1 rappresenta vero e 0 rappresenta falso:
- 0+0=0
- 1+0=1
- 0+1=1
- 1+1=0
La quarta combinazione di input risulta in un carry-in, che richiede un certo tipo di operazione per aver luogo. Esistono otto tipi di operazioni aritmetiche di base che tutte le ALU supporteranno:
- ADD
- AGGIUNGI con CARRY
- SOTTRARRE
- SOTTRATTA con PRESTITO
- INCREMENTO
- DECREMENTO
- NEGARE
- PASSA ATTRAVERSO
Le ALU più complesse con più porte logiche (come quelle di smartphone e laptop) sono anche in grado di eseguire operazioni di moltiplicazione e divisione.
Sull'altra metà dell'unità, vengono utilizzate operazioni logiche per convalidare o modificare le uscite di questi circuiti. Le operazioni logiche bit per bit includono:
- NON
- E
- OR
- XOR (esclusivo-OR)