Rodrigo Ricardo

Unidad Aritmética Lógica (ALU): Definición, Diseño y Función

Publicado el 4 octubre, 2020

¿Qué es una ALU?

Una unidad aritmética lógica (ALU) es un circuito digital que se utiliza para realizar operaciones aritméticas y lógicas. Representa el bloque de construcción fundamental de la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora. Las CPU modernas contienen ALU muy potentes y complejas. Además de las ALU, las CPU modernas contienen una unidad de control (CU).

La mayoría de las operaciones de una CPU las realizan una o más ALU, que cargan datos de los registros de entrada. Un registro es una pequeña cantidad de almacenamiento disponible como parte de una CPU. La unidad de control le dice a la ALU qué operación realizar con esos datos, y la ALU almacena el resultado en un registro de salida. La unidad de control mueve los datos entre estos registros, la ALU y la memoria.

Cómo funciona una ALU

Una ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas básicas. Algunos ejemplos de operaciones aritméticas son la suma, la resta, la multiplicación y la división. Ejemplos de operaciones lógicas son las comparaciones de valores como NO, Y y O.

Toda la información en una computadora se almacena y manipula en forma de números binarios , es decir, 0 y 1. Los interruptores de transistor se utilizan para manipular números binarios ya que solo hay dos estados posibles de un interruptor: abierto o cerrado. Un transistor abierto, a través del cual no hay corriente, representa un 0. Un transistor cerrado, a través del cual hay corriente, representa un 1.

Las operaciones se pueden realizar conectando varios transistores. Se puede usar un transistor para controlar un segundo; de hecho, se enciende o apaga el interruptor del transistor según el estado del segundo transistor. Esto se conoce como puerta porque la disposición se puede utilizar para permitir o detener una corriente.

El tipo de operación más simple es una puerta NOT. Esto usa solo un transistor. Utiliza una única entrada y produce una única salida, que siempre es opuesta a la entrada. Esta figura muestra la lógica de la puerta NOT:


Cómo una puerta NOT procesa datos binarios
alu no puerta

Otras puertas constan de varios transistores y utilizan dos entradas. La puerta OR da como resultado un 1 si la primera o la segunda entrada es un 1. La puerta OR solo da como resultado un 0 si ambas entradas son 0. Esta figura muestra la lógica de la puerta OR:


Cómo una puerta OR procesa datos binarios
alu o puerta

La puerta AND da como resultado un 1 solo si tanto la primera como la segunda entrada son 1. Esta figura muestra la lógica de la puerta AND:


Cómo una puerta AND procesa datos binarios
alu y puerta

La puerta XOR, también pronunciada puerta X-OR, da como resultado un 0 si ambas entradas son 0 o si ambas son 1. De lo contrario, el resultado es 1. Esta figura muestra la lógica de la puerta XOR:


Cómo procesa una puerta XOR los datos binarios.
puerta de aluminio xor

Las distintas puertas suenan un poco abstractas, pero recuerde que una computadora solo procesa datos binarios. Cuando sigue la lógica binaria de estas operaciones, comienza a pensar como una computadora.

Las diferentes combinaciones de las puertas lógicas permiten realizar operaciones aritméticas. Por ejemplo, en el código binario, el número 2 se representa como uno-cero y el número 3 se representa como uno-uno. Entonces, ¿cómo suma una computadora 2 y 3? El cálculo se implementa utilizando una serie de puertas OR, AND y XOR. El resultado de los pasos de procesamiento lógico es uno-cero-uno, que es un código binario para 5.

Las puertas permiten que una computadora descomponga cualquier operación compleja en una gran cantidad de pasos binarios. Al principio, esto puede parecer un sistema bastante engorroso para realizar una simple adición; sin embargo, una computadora puede realizar estas operaciones a la velocidad de su CPU, que se mide en gigahercios, o billones de cálculos por segundo. Además, una CPU típica contiene cientos de millones de transistores, lo que hace posible crear ALU muy sofisticadas. Una computadora también procesa secuencias binarias mucho más grandes a la vez. Como resultado, las operaciones complejas se pueden realizar en fracciones de segundo.

Resumen de la lección

Revisemos. La unidad central de procesamiento de una computadora contiene una unidad aritmética lógica (ALU) para realizar operaciones. Los transistores se utilizan para crear puertas lógicas, incluidas NOT, OR, AND y XOR. Las combinaciones de puertas lógicas permiten realizar operaciones aritméticas.

Los resultados del aprendizaje

La lección imparte la capacidad de:

  • Definir unidad lógica aritmética (ALU)
  • Identifique las puertas lógicas NOT, OR, AND y XOR
  • Explicar cómo una ALU realiza operaciones aritméticas.

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