Operações simples

Visão geral prática[editar | editar código-fonte]

Uma simples ULA de 2-bit que faz AND, OR, XOR, e adição (clique na imagem para explicação)

Muitas das ações dos computadores são executadas pela ULA. Esta recebe dados dos registradores, que são processados e os resultados da operação são armazenados nos registradores de saída. Outros mecanismos movem os dados entre esses registradores e a memória.2 Uma unidade de controle controla a ULA, através de circuitos que dizem que operações a ULA deve realizar.

Operações simples[editar | editar código-fonte]

Muitas ULAs podem realizar as seguintes operações:

operações aritméticas com inteiros;

operações lógicas bit a bit AND, NOT, OR, XOR;

operações de deslocamento de bits (deslocamento, rotação por um número específico de bits para esquerda ou direita, com ou sem sinal); deslocamentos podem ser interpretados como multiplicações ou divisões por 2.

Operações complexas[editar | editar código-fonte]

Um engenheiro pode projetar uma ULA para calcular qualquer operação, no entanto isso gera complexidade; o problema é que quanto mais complexa a operação, mais cara é a ULA, mais espaço utiliza do processador e mais dissipa energia.

Então, engenheiros sempre calculam um compromisso entre o poder de processamento e a sua complexidade, satisfazendo aos requisitos do processador ou de outro circuito. Imagine um cenário, onde é preciso calcular a raiz quadrada. O engenheiro teria as seguintes opções:

Projetar uma ULA extremamente complexa que calcula a raiz quadrada de qualquer número num único passo. Isso é chamado cálculo em passo-único de clock.

Projetar uma ULA bastante complexa que calcula a raiz quadrada de qualquer número em vários passos. Mas, existe um truque, os resultados intermediários vão através de uma série de circuitos arranjados em linha, como numa linha de produção. Que faz com que a ULA seja capaz de aceitar novos números para cálculo antes mesmo de terminar o cálculo dos anteriores. Isso faz com que a ULA seja capaz de produzir números tão rápido como cálculos em passo-único de relógio, com um atraso inicial até os números começarem a sair. Isso é chamado cálculo em pipeline.

Projetar uma ULA complexa que calcula a raiz quadrada através de vários passos. Isso é chamado de cálculo iterativo, e usualmente confia no controle de uma complexa unidade de controle com microcódigo.

Projetar uma ULA simples no processador e vender separadamente um processador especializado e caro que o consumidor possa instalá-lo ao lado desse, realizando uma das opções acima. Isso é chamado de co-processador.

Dizer aos programadores que não há nenhum co-processador e que não há nenhuma emulação, assim eles tem que escrever seus próprios algoritmos para calcular a raiz quadrada por software. Isso é chamado de bibliotecas de software.

Emular a existência de um co-processador, ou seja, sempre que um programa tenta realizar o cálculo da raiz quadrada, faz o processador verificar se há co-processador presente e o utiliza se está ali; se não há, interrompe o programa e invoca o sistema