Che cos'è una ALU?
Un'unità logica aritmetica (ALU) è un circuito digitale usato per eseguire operazioni aritmetiche e logiche. Rappresenta il blocco fondamentale dell'unità di elaborazione centrale (CPU) di un computer. Le moderne CPU contengono ALU molto potenti e complesse. Oltre alle ALU, le CPU moderne contengono un'unità di controllo (CU).
La maggior parte delle operazioni di una CPU sono eseguite da una o più ALU, che caricano i dati dai registri di ingresso. Un registro è una piccola quantità di memoria disponibile come parte di una CPU. L'unità di controllo dice all'ALU quale operazione eseguire su quei dati e l'ALU memorizza il risultato in un registro di uscita. L'unità di controllo muove i dati tra questi registri, l'ALU e la memoria.
Come funziona un'ALU
Un'ALU esegue operazioni aritmetiche e logiche di base. Esempi di operazioni aritmetiche sono addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione. Esempi di operazioni logiche sono confronti di valori come NOT, AND e OR.
Tutte le informazioni in un computer sono immagazzinate e manipolate sotto forma di numeri binari, cioè 0 e 1. Gli interruttori a transistor sono usati per manipolare i numeri binari poiché ci sono solo due possibili stati di un interruttore: aperto o chiuso. Un transistor aperto, attraverso il quale non c'è corrente, rappresenta uno 0. Un transistor chiuso, attraverso il quale c'è una corrente, rappresenta un 1.
Le operazioni possono essere realizzate collegando più transistor. Un transistor può essere usato per controllarne un secondo - in effetti, accendendo o spegnendo l'interruttore del transistor a seconda dello stato del secondo transistor. Questo viene chiamato gate perché la disposizione può essere usata per permettere o fermare una corrente.
Il tipo più semplice di operazione è un NOT gate. Questo usa solo un singolo transistor. Utilizza un solo ingresso e produce una sola uscita, che è sempre l'opposto dell'ingresso. Questa figura mostra la logica del NOT gate.
Come un NOT gate elabora i dati binari
Altri gate consistono di più transistor e usano due ingressi. La porta OR dà come risultato un 1 se il primo o il secondo ingresso è un 1. La porta OR dà come risultato uno 0 solo se entrambi gli ingressi sono 0. Questa figura mostra la logica della porta OR.
Come una porta OR processa i dati binari
La porta AND dà come risultato un 1 solo se sia il primo che il secondo ingresso sono 1. Questa figura mostra la logica della porta AND.
Come una porta AND elabora i dati binari
La porta XOR, detta anche porta X-OR, dà come risultato uno 0 se entrambi gli ingressi sono 0 o se entrambi sono 1. Altrimenti, il risultato è un 1. Questa figura mostra la logica del gate XOR.
Come un gate XOR elabora i dati binari.
I vari gate sembrano un po' astratti, ma ricorda che un computer elabora solo dati binari. Quando segui la logica binaria di queste operazioni, inizi a pensare come un computer.