Arquitectura Del Computador

DISEÑO DE UNA UNIDAD ARITMETICA-LOGICA (ALU)

Una ALU o Unidad Aritmético Lógica es un circuito combinacional, es decir, un sistemas digitales cuyas salidas en cualquier instante t dependen únicamente de los valores de las entradas en ese mismo instante t (excepto retardos en la propagación de las señales por el circuito), que puede realizar tanto operaciones lógicas como operaciones aritméticas según cierta combinación de señales de selección de operación.

Para el diseño simple de una ALU se debe seguir los siguientes pasos:

 Diseñar la sección aritmética independientemente de la sección lógica..

 Determinar las operaciones lógicas del circuito aritmético, asumiendo que los acarreos de salida de todas las etapas son|0

 Modificar el circuito aritmético para obtener las operaciones lógicas requeridas.

Diseño de la unidad lógica.

La unidad lógica es la parte de la unidad aritmético lógica que se encarga de realizar los calculo de tipo lógico entre las variables Ai y Bi.

Lo primero que haremos será realizar la tabla de verdad de la unidad lógica, que se utilizará cuando la entrada en S2 este a nivel bajo. Por lo que la tabla de verdad deberemos hacerla en función a cuatro entradas, las de control, S1 y S0, y las de datos Ai y Bi. La tabla de verdad únicamente deberemos hacerla una vez, sin embargo, a la hora de implementar las funciones mediante multiplexores, deberemos repetir el procedimiento cuatro veces, uno por cada bit, en este caso cuatro. Así quedarán cuatro salidas SULi (SUL0, SUL1, SUL2, SUL3) que serán el resultado de las operaciones realizadas con las entradas de datos Ai (A0, A1, A2, A3,) y Bi (B0, B1, B2, B3).

S0 | S1 | S2 | Operación Lógica |

0 | 0 | 0 | Multiplicación lógica de A y B (AND) |

0 | 0 | 1 | Suma lógica de A y el complemento de B (OR) |

0 | 1 | 0 | XOR |

0 | 1 | 1 | OR |

COMPUERTA AND

Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan, para esta compuerta ambas entradas deben estar en 1.

COMPUERTA OR

Al igual que la compuerta AND, la compuerta OR posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas... cabe resaltar que es una suma lógica la que se emplea es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1.

COMPUERTA XOR

La compuerta XOR es una puerta lógica digital que se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas son distintas entre sí para dos entradas A y B, o cuando el número de 1 (unos) da una cantidad impar para el caso de tres o más entradas, su salida está en 1 o en ALTA.

Se puede ver claramente que la salida X solamente es "1" (1 lógico, nivel alto) cuando la entrada A es distinta a la B.

Esta situación se representa en Álgebra booleana como: X = (-A) * B + A * (-B).

COMPUERTA NAND

La compuerta NAND es una puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica negada -se comporta de acuerdo a la tabla de verdad mostrada a la derecha. Cuando todas sus entradas están en 1 (cero) o en ALTA, su salida está en 0 o en BAJA, mientras que cuando una sola de sus entradas o ambas están en 0 o en BAJA, su SALIDA va a estar en 1 o en ALTA.

Se puede ver claramente que la salida X solamente es "0" (0 lógico, nivel bajo) cuando la entrada A como la entrada B están en "1". En otras palabras la salida X es igual a 0 cuando la entrada A y la entrada B son 1.

Esta situación se representa en Álgebra booleana como: X = (-A) + (-B)

Diseño de la unidad aritmética.

La unidad aritmética se encargará de realizar los cálculos de carácter aritmético, valga la redundancia, que le indicaremos mediante las señales de control. Todos estos cálculos se realizarán en complemento a dos, puesto que así ahorramos circuitería con respecto a otro tipo de representaciones de cantidades negativas. Los cálculos a realizar son los siguientes:

S0 | S1 | S2 | Operación Lógica |

0 |

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