Como o cérebro metafórico de um computador, uma unidade lógica aritmética (ALU) executa todas as operações computacionais e de comparação. A ALU serve como base para unidades de processamento central (CPUs), unidades de processamento gráfico (GPUs) e unidades de ponto flutuante (FPUs). Uma ALU simples possui três barramentos de dados: dois operandos de bit único (A e B) que resultam em uma saída (Y).
História da ALU
O ALU foi criado em 1945 pelo matemático John von Neumann, mais conhecido por seu desenvolvimento da arquitetura de Von Neumann. As máquinas de Neumann introduziram programas armazenados e instruções executadas sequencialmente, resultando em rendimento e desempenho limitados.
Na década de 1970, o Intel 74181 deu lugar aos atuais microprocessadores de chip único. A ALU de 4 bits continha o equivalente a 75 portas lógicas e foi a primeira a existir em um único pacote. As ALUs de hoje são mais complexas e adicionaram recursos como barrel shifters e multiplicadores binários, tornando-as efetivamente capazes de realizar um volume maior de operações mais complexas em um período de tempo mais curto.
Tipos de operações ALU
Existem quatro tipos de combinações de entrada binária, onde 1 representa verdadeiro e 0 representa falso:
- 0 + = 0 0
- 1 + = 0 1
- 0 + = 1 1
- 1 + = 1 0
A quarta combinação de entrada resulta em um transporte, que requer a realização de algum tipo de operação. Existem oito tipos de operações aritméticas básicas que todas as ALUs suportarão:
- ADD
- ADICIONAR com CARRY
- SUBTRAIR
- SUBTRAIR com BORROW
- AUMENTO
- REDUÇÃO
- NEGAR
- ATRAVESSAR
ALUs mais complexas com mais portas lógicas (como aquelas em smartphones e laptops) também são capazes de realizar operações de multiplicação e divisão.
Na outra metade da unidade, as operações lógicas são utilizadas para validar ou modificar as saídas desses circuitos. As operações lógicas bit a bit incluem:
- NÃO
- E
- OR
- XOR (exclusivo-OR)