O que é uma unidade aritmética?
A unidade aritmética, também chamada de unidade lógica aritmética (ALU), é um componente da unidade central de processamento (CPU). É frequentemente chamado de "mecanismo" da CPU porque permite que o computador realize cálculos matemáticos, como adição, subtração e multiplicação. A ALU também executa operações lógicas, como "AND", "OR" e "NOT". A unidade aritmética trabalha junto com a matriz de registros, que contém dados, ao processar qualquer uma dessas operações. A unidade aritmética é composta por muitos elementos interconectados, projetados para executar tarefas específicas.
Algumas unidades de processamento central são compostas por dois componentes, uma unidade aritmética e uma unidade lógica. Outros processadores podem ter uma unidade aritmética para calcular operações de ponto fixo e outra AU para calcular cálculos de ponto flutuante. Alguns PCs possuem um chip separado, conhecido como coprocessador numérico. Este coprocessador contém uma unidade de ponto flutuante para processar operandos de ponto flutuante. O coprocessador aumenta a velocidade de operação do computador devido à capacidade do coprocessador de executar cálculos com mais rapidez e eficiência.
As operações são processadas quando os dados são carregados na unidade lógica aritmética de um dos registros de entrada ou processador da CPU. O registro faz parte do aparelho de memória geral do computador que armazena dados. Os dados contidos nesses registros podem ser recuperados muito mais rapidamente do que em outros locais de armazenamento. A unidade de controle faz parte do funcionamento interno da CPU e transmite instruções para a unidade de controle aritmética. As instruções são tipicamente compostas por várias partes. Geralmente, há um código de operação, pelo menos um operando e, em alguns casos, um código de formato.
O código da operação, ou opcode, instrui a unidade lógica aritmética na qual a operação deve ser executada. Os operandos informam à ULA onde os dados estão localizados e o endereço onde as informações podem ser recuperadas. Ele também possui as várias funções que devem ser usadas nos cálculos, como subtração ou comparação lógica. O código de formato é normalmente usado com o código de operação e pode informar a palavra de instrução da máquina de ponto flutuante ou ponto fixo da ALU.
As tarefas típicas executadas pela unidade lógica aritmética incluem adição e subtração, multiplicação e divisão e testes lógicos. A ALU também realiza comparações e operações de deslocamento de bits. A mudança de bits é o processo envolvido na movimentação das menores quantidades de informações (bits) manipuladas pelo computador. Os bits são agrupados para formar palavras de tamanho de 32 a 64 bits.
As unidades aritméticas podem ser projetadas para executar praticamente qualquer cálculo. ALUs mais caras são necessárias para operações mais complexas. Essas unidades aritméticas são geralmente maiores e requerem mais espaço e energia. Unidades aritméticas menores podem executar o cálculo, mas levarão mais tempo para concluir a execução devido às várias etapas envolvidas no processamento da fórmula.