El acrónimo ALU hace referencia a «Aritmethic Logic Unit» (Unidad de Lógica Aritmética) el cual corresponde al circuito que contiene los espacios y la estructura necesaria para realizar operaciones, naturalmente entre palabras (WORD) del mismo tamaño, y sobreentendiendo que estas son del tamaño que designe la arquitectura de la cual estemos hablando (ARM, 32bits, 64 bits etc…), en el contexto de cadenas de bits de determinado largo.
En primera instancia, sabemos que una Unidad de Lógica Aritmética tendrá una estructura que le permitirá recibir principalmente dos valores (señalados como A y B en la Figura 1), que serán los dos operandos sobre los que se necesita trabajar, señales de control varias, un estado de salida y por último, pero principalmente, un espacio para almacenar el resultado de la operación efectuada (detallado en Y por la Figura 1).
Como bien se sabe hablando de fundamentos de la computación, todas las grandes cosas se logran a base de componentes pequeños, que trabajan en conjunto para llevar a cabo una función mayor, y en este caso, la ALU está diseñada para no trabajar de manera aislada, y que más bien depende de otros factores externos a ella y componentes que suelen venir empaquetados en las unidades de procesamiento central (CPU) y que se mencionaran brevemente a continuación.
Cada componente suele traer un canal de comunicación ya sea unidireccional o bidireccional con los demás, esto para mantener las vías necesarias para el flujo óptimo de datos como se muestra gráficamente en la Figura 2.
Set de instrucciones (ISA): Tal y como se ejemplifica en la Figura 3, el ISA corresponde de forma abstracta a una lista en la que se detalla cada operación, con su nombre, abreviatura, entradas, salidas y demás tipos de registros (como banderas, etc.) con los que cuenta la Unidad de Lógica aritmética para operar las palabras que reciba.
Memoria Cache: Este suele ser un lugar de almacenamiento vital para determinar el rendimiento del ALU, ya que puede almacenar o solicitar datos de esta sección, para tener un lugar cercano y de rápido acceso para los mismos. Cabe destacar que estos circuitos de memoria se construyen con el mejor material posible para asegurar su rendimiento y no comprometer el de otros componentes.
Unidad de Control: Es una de las partes sin las cuales el ALU no podría funcionar ya que esta es la que se encarga de indicarle a este exactamente ¿Que tipo y cual operación del Set de Instrucciones (ISA) es la que debe efectuar?, y también mantiene en control hacia donde se almacenan y desde donde deben provenir las palabras con las que trabaja la ALU, en resumen, se encarga de coordinar todas las partes con las que trabaja la Unidad de Lógica Aritmética.
Entradas y salidas de datos: Estos como el nombre lo indica solo cumplen la función de ser una vía de datos ya sea para la entrada o salida de las palabras (WORD) con las que se trabaje.
Unidad de Lógica Aritmética (ALU)
En la teoría que contiene la enseñanza de los elementos de más bajo nivel en la computación, siempre se nos muestra a la ALU con una forma de «V» (como se muestra en la Figura 1) para dar a entender que es un componente que regularmente posee dos entradas que convergen en una salida para el resultado de la operación en contexto, y opcionalmente indicando que también posee vías que reciben señales para identificar qué operación efectuar y otro tipo de parámetros que influirán a la hora de dar el resultado en los flujos de salida, y demás tipos de mensajes que debe reportar este componente hacia los demás que conforman a la Unidad de Procesamiento Central.
Lo cierto es que una ALU a más bajo nivel vendría siendo un conjunto de circuitos digitales integrados a las entradas y salidas mencionadas anteriormente, y siendo más detallado aún, lo que habría dentro de una ALU serian compuertas lógicas, ordenadas de forma que cumplan con el repertorio de operaciones que ofrece el Set de Instrucciones (Figura 3), y que tendría una apariencia más precisamente como la que se detalla en la Figura 4.
El ejemplo mas simple que se puede dar acerca de que función cumple una ALU es la de una calculadora simple, entran datos, se detalla que operación queremos realizar, y esta nos muestra el resultado, cayendo en la diferencia en que estos componentes contienen muchas más opciones a la hora de seleccionar la operación a realizar, y también funcionando con cadenas de bits que pueden ser traducidas en números más complejos.
Referencias
Lógica Programable. (2011). [Ebook] (1st ed., pp. 35,36,37). Managua, Nicaragua. Recuperado de https://repositorio.unan.edu.ni/6162/1/86380.pdf
Álvarez, P., Di Federico, M., & Julián, P. (2013). Unidad Aritmético lógica de 8 bits [Ebook]. Buenos Aires, Argentina. Recuperado de http://uea2013.frbb.utn.edu.ar/wp-content/uploads/S7_1.pdf
ALU vs. CU: What is the Difference? (2009). Recuperado el 25 de junio de 2020, desde https://diffzi.com/alu-vs-cu/
Sy Corvo, H. ALU (unidad aritmética lógica): operaciones y arquitectura. Recuperado el 26 de junio de 2020, desde https://www.lifeder.com/unidad-aritmetica-logica/