Che cos’è, funzionamento e differenza tra CPU e ALU in informatica

Nell’ambito informatico, la CPU e l’ALU sono le parti del computer, senza le quali un computer non funzionerebbe mai bene. La principale differenza tra CPU e ALU è che la CPU gestisce quasi tutte le attività che vanno nel sistema mentre ALU gestisce l’unica operazione aritmetica del computer. D’altro canto, la CPU ha lo scopo di utilizzare le informazioni nella memoria del programma (istruzione) per controllare il funzionamento del dispositivo e queste istruzioni operano sulla memoria dati e per operare sulla memoria dati è necessaria l’unità aritmetica logica.

Definizione di CPU

La CPU, Central Processing Unit o in italiano unità di elaborazione centrale, rende possibile l’esecuzione delle istruzioni in linguaggio macchina e organizza le attività delle altre unità nel computer. Svolge un’attività come il recupero, la decodifica e l’esecuzione delle istruzioni. Tuttavia, il termine centrale in unità di elaborazione centrale non è molto appropriato poiché al giorno d’oggi utilizziamo più unità di elaborazione.

L’organizzazione dei processori si è sviluppata negli anni, improntata all’evoluzione della tecnologia e alla necessità di fornire elevate prestazioni. Per ottenere grandi prestazioni, è fondamentale far funzionare in parallelo più unità funzionali del processore il più possibile. Questi tipi di processori di solito hanno un’organizzazione pipeline in cui l’istruzione consecutiva viene eseguita solo fino a quando l’istruzione precedente non ha terminato l’esecuzione.

Il componente strutturale principale della CPU contiene

Centralina: Gestisce il funzionamento della CPU e di conseguenza del computer.
Unità aritmetica e logica (ALU): esegue le funzioni di elaborazione dei dati del computer.
Registri: fornisce memoria interna alla CPU.
Interconnessione CPU: alcune tecniche che offrono l’interazione tra centrale, ALU e registri.

Definizione di ALU

L’ALU sta per Arithmetic Logical Unit è una parte del computer utilizzato per eseguire le unità aritmetiche e logiche. Tuttavia, gli altri componenti del sistema informatico come unità di controllo, memoria, registri, I/O vengono utilizzati principalmente per spostare i dati nell’ALU e quindi estrarne il risultato. Può essere considerato come l’essenza del computer.

Una ALU o tutti gli altri componenti elettronici nel computer sono costruiti dai semplici dispositivi logici digitali che sono in grado di memorizzare il binario ed eseguire semplici operazioni logiche booleane. Il diagramma riportato di seguito mostra l’interconnessione di ALU e il processore. Gli operandi per le operazioni aritmetiche e logiche vengono inseriti nei registri ALU e il risultato dell’operazione viene memorizzato nei registri. I registri fungono da dispositivo di memorizzazione temporanea che è collegato tramite percorsi di segnale all’ALU. Il risultato dell’operazione in ALU può anche impostare dei flag.

Differenza tra CPU e ALU

Le operazioni di base eseguite dalla CPU sono il prelevare, la decodifica e l’esecuzione delle istruzioni (in inglese operazioni di fetching, decoding e executing). Al contrario, ALU esegue operazioni logiche come operazioni di addizione, sottrazione, spostamento, OR logico, AND ecc.
Una CPU composta da registri, bus interno, unità di controllo e ALU. Al contrario, ALU utilizza interruttori a transistor.