L’unità aritmetica, chiamata anche unità logica aritmetica (ALU), è un componente dell’unità di elaborazione centrale (CPU). Viene spesso definito il “motore” della CPU perché consente al computer di eseguire calcoli matematici, come addizioni, sottrazioni e moltiplicazioni. L’ALU esegue anche operazioni logiche, come “AND”, “OR” e “NOT”. L’unità aritmetica funziona insieme all’array di registri, che contiene i dati, durante l’elaborazione di una di queste operazioni. L’unità aritmetica è composta da molti elementi interconnessi progettati per eseguire compiti specifici.
Alcune unità di elaborazione centrale sono costituite da due componenti, un’unità aritmetica e un’unità logica. Altri processori possono avere un’unità aritmetica per calcolare operazioni in virgola fissa e un’altra AU per calcolare calcoli in virgola mobile. Alcuni PC hanno un chip separato noto come coprocessore numerico. Questo coprocessore contiene un’unità a virgola mobile per l’elaborazione di operandi a virgola mobile. Il coprocessore aumenta la velocità operativa del computer grazie alla capacità del coprocessore di eseguire calcoli in modo più rapido ed efficiente.
Le operazioni vengono elaborate quando i dati vengono caricati nell’unità logica aritmetica da uno degli ingressi della CPU o dai registri del processore. Il registro è una parte dell’apparato di memoria generale del computer che memorizza i dati. I dati contenuti in questi registri possono essere recuperati molto più rapidamente che da altre posizioni di archiviazione. L’unità di controllo fa parte del funzionamento interno della CPU e trasmette istruzioni all’unità di controllo aritmetica. Le istruzioni sono generalmente composte da più parti. In genere, esiste un codice operazione, almeno un operando e, in alcuni casi, un codice formato.
Il codice dell’operazione, o codice operativo, indica all’unità logica aritmetica quale operazione eseguire. Gli operandi dicono all’ALU dove si trovano i dati e l’indirizzo dove possono essere recuperate le informazioni. Ha anche le varie funzioni che devono essere utilizzate nei calcoli, come la sottrazione o un confronto logico. Il codice di formato viene tipicamente utilizzato con il codice operazione e può informare la parola di istruzione macchina a virgola mobile o fissa ALU.
Le attività tipiche eseguite dall’unità logica aritmetica includono addizione e sottrazione, moltiplicazione e divisione e test logici. L’ALU esegue anche confronti e operazioni di spostamento dei bit. Il bit shifting è il processo coinvolto nello spostamento delle più piccole quantità di informazioni (bit) gestite dal computer. I bit vengono raggruppati per formare parole di dimensioni comprese tra 32 e 64 bit.
Le unità aritmetiche possono essere progettate per eseguire praticamente qualsiasi calcolo. Sono necessarie ALU più costose per operazioni più complesse. Queste unità aritmetiche sono generalmente più grandi e richiedono più spazio e potenza. Unità aritmetiche più piccole possono eseguire il calcolo, ma impiegheranno più tempo per completare l’esecuzione a causa dei molteplici passaggi coinvolti nell’elaborazione della formula.