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• Yemir Méndez

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ISTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS ITESCO DIVISION:

ING. INFORMATICO MATERIA:

SISTEMAS ELECTRONICOS PARA INFORMATICA [SEI] IFC-1022 JEFE DE DIV. LIC. E ING. INFORMATICA

M. I. ISRAEL CASTELLANOS REYES

INVESTIGACIÓN Y COMPRENSIÓN CIRCUITOS SIMULADORES QUE EMPLEAN REGISTROS PARA DATOS DE ENTRADAS Y SALIDA

DOCENTE:

ISC. AURORA MORENO GUTIERREZ ALUMNO:

EMIR YAIR MENDEZ ALARCON 3 SEMESTRE

GRUPO A”

PERIODO ESCOLAR:

AGOSTO 2014 – ENERO 2015 Viernes 10 de Octubre de 2014 COATZACOALCOS, VERACRUZ

INVESTIGACIÓN Y COMPRENSIÓN CIRCUITOS SIMULADORES QUE EMPLEAN REGISTROS PARA DATOS DE ENTRADAS Y SALIDA

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ÍNDICE Temas INTRODUCCION OPERACIONES EN EL SISTEMA BINARIO (I) SUMA BINARIA SUMADOR CON MULTIPLES SUMANDOS SUMADOR DE MÚLTIPLES SUMANDOS RESTA BINARIA C. SUMADORES SUMADOR COMPLETO SUMADOR PARALELO DE N BITS SUMADOR COMPLETO DE 16 BITS CONVERSIÓN DE CÓDIGOS CON SUMADORES C. RESTADORES UNIDADES LÓGICO ARITMÉTICAS (ALU) ASOCIACIÓN DE ALU’S (ACARREO EN SERIE) ASOCIACIÓN DE ALU’S (ACARREO EN PARALELO) SUMADOR EN PARALELO DE 4 BITS (NIBBLE) SUMADOR PARALELO CON ACARREO SERIE CONCLUSION BIOGRAFIA

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INTRODUCCION Los circuitos aritméticos posibilitad las operaciones que se llevan a cabo durante el cálculo en la tecnología digital y representan la base para el desarrollo de los sistemas computacionales. En este caso, los circuitos digitales sumadores realizan la suma aritmética de dos número enteros positivos, aunque se pueden desarrollar para cualquier otro formato de descripción numérica.

No solo existe un tipo de estructura de circuitos digitales sumadores, sino que existen muchas diferentes en su tamaño y velocidad. Para operadores de entrada de un bits A y B existen dos estructuras el full-adder (suma completo) o half-adder (semi-sumador) que no contiene acarreo de entrada. Por su lado en la tecnología digital pueden realizarse operaciones que al igual que la suma, son muy utilizadas, como la resta en circuitos y múltiples operaciones lógicas. Pues ahora bien, a continuación se presentaran algunas de las operaciones lógicas que se realizan en la tecnología digital, así como esquemas que nos permitan visualizar cómo funcionan dichas funciones.

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OPERACIONES EN EL SISTEMA BINARIO (I) Las principales operaciones aritméticas que realiza un computador son: suma, resta, producto y división. En este curso solo trataremos la suma y la resta Binaria.

o SUMA BINARIA Está basada en la suma decimal que conocemos tan bien:

Como vemos la suma de números binarios de dos bits nos puede dar un número binario de tres bits. A este bit más significativo se le conoce como el Acarreo (parecido al “me llevo una” de la suma decimal).

Ejemplo de suma binaria con más bits Acarreo Sumando Sumando

1111 10111 +11011 110010

→ → →

1 23 +27 50

o SUMADOR CON MULTIPLES SUMANDOS -Sumador con acarreo almacenado. Este sumador también llamado “Carry Save Adder” (CSA) nos permitirá realizar la suma de N sumandos en un tiempo mínimo. Para estudiar estos sumadores primero veremos su realización con Semi-sumadores y después con sumadores Completos. 4

Veremos realizaciones Secuenciales primero y después Combinacionales de los mismos. Para finalmente, realizar diseño de un sumador de N sumandos, con el uso masivamente paralelo de CSAs, combinado con la utilización de un Sumador con Acarreo Adelantado que nos permitirá aplicarlo posteriormente a la realización de la suma de los productos parciales resultantes de la multiplicación de números binarios. -CSA con Semi-sumadores. La suma de dos números se puede realizar usando solo Semi-sumadores, si combinamos su utilización con registros de desplazamiento. Veremos una realización Secuencial y otra combinacional del mismo.

Ejemplo 1: CSA con Semi-sumadores. Sumar con n=4 bits X=6 e Y=3. (Usar aritmética en C-2).

Ejemplo 2: CSA con Semi-Sumadores. Sumar con n=4 bits X= -2 e Y= -3

o SUMADOR DE MÚLTIPLES SUMANDOS En este apartado veremos cómo utilizar los CSA con Sumadores Completos (a partir de ahora CSA a secas) para el diseño de un sumador paralelo de 4 números de 4 bits, y extenderemos la idea para su uso en la suma de N sumandos. Tratemos de utilizar la estrategia de los sumadores con acarreo almacenada para realizar ahora la suma de múltiples sumandos. Empecemos por lo más sencillo, sumando 4 números.

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o RESTA BINARIA Consiste en sumar un número con el negativo de otro. El negativo de un número binario se obtiene normalmente añadiendo un bit de signo. La forma más usual es trabajar con números en c1 (complemento a uno) o, en c-2 (complemento a dos).

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En ambos casos el bit más significativo se convierte en Bit de signo.

C-1 se obtiene invirtiendo todos los bits uno a uno.

C-2 se obtiene sumando 1 al c-1 del número a negar, o bien, Se puede obtener reescribiendo de derecha a izquierda, Copiando los bits hasta el primer 1, y a partir de ahí el Resto es invertido.

C. SUMADORES Un sumador es un circuito que realiza la suma aritmética de dos palabras binarias. La suma de números binarios de n bits nos da un número binario de n+1 bits. Un sumador de dos bits deberá tener 2 entradas y tres salidas. A este bit más significativo en la salida se le conoce como el acarreo. Un dispositivo que realice esta operación se denomina medio sumador:

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A la salida a+b, se le conoce también como media suma (ha). Cout, indica el acarreo de salida (Carry Out).

Esta salida se puede usar para conectar en cascada distintos sumadores, de manera que podamos sumar palabras de más de un bit.

Para ello necesitamos que el circuito disponga de una entrada extra por donde podamos informarle de la suma de los bits anteriores. Un acarreo de entrada.

o SUMADOR COMPLETO Es un circuito que tiene, además de las entradas correspondientes a los bits que se pretenden sumar, una entrada de acarreo. (Símbolo para la suma de palabras de n bits)

Tabla de funcionamiento para palabras de 1 bit:

Este sumador completo constituye el bloque básico para sumar palabras de mayor número de bits. Símbolo standard del sumador completo de 4 bits (74283).

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o SUMADOR PARALELO DE N BITS Un sumador paralelo de n bits es un circuito combi nacional capaz de realizar la suma aritmética de 2 datos de n bits cada uno. Se implementa conectando en cascada n Sumadores Completos. En la Ilustración 4 se muestra un Sumador Paralelo de 4 bits:

Nótese que en esta ilustración, el bit menos significativo tiene el subíndice 1.

o SUMADOR COMPLETO DE 16 BITS Este circuito suma 16 bits con propagación de acarreo serie, usando sumadores completos de 4 bits Propagación en serie del acarreo: Si el tiempo que tarda un sumador de 4 bits en obtener, a partir de los datos de entrada, los valores de la salida Lo denominamos τ. El tiempo que se tarda en obtener la palabra S[0-16] como la suma binaria de a[0-15] y b[0-15], con este circuito es 4 τ.

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Propagación en paralelo del acarreo: Existen circuitos que permiten manejar los acarreos al mismo tiempo y reducir el tiempo en obtener la suma a 2 τ. Se usan principalmente con alu’s.

o

CONVERSIÓN DE CÓDIGOS CON SUMADORES

Ejemplo1: Para obtener una palabra del código bcd-exceso-3, basta sumar la palabra 0011 (3) al número bcd-natural. Ejemplo 2: Realización de un convertidor de código bcd-natural a Bcd-aiken, usando un circuito sumador de 4 bits y Puertas lógicas:

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De la tabla de funcionamiento se obtienen B¡ a partir de las A¡:

El circuito queda:

C. RESTADORES Se realizan mediante sumadores, ya que la resta de dos números es la suma de uno con el negativo del otro. Este circuito realiza la resta de A[0-3] y B[0-3] en C-1:

Este otro es un sumador/restador de A[0-3] y b[0-3], en C-2. La entrada Sl es 0 para obtener A+B y 1 para obtener A-B.

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o UNIDADES LÓGICO ARITMÉTICAS (ALU) Se tratan de circuitos MSI que pueden realizar diferentes operaciones aritméticas y lógicas con dos palabras de n bits.

Esta ALU de 4 bits puede realizar hasta 32 funciones diferentes (16 lógicas y 16 aritméticas):

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o ASOCIACIÓN DE ALU’S (ACARREO EN SERIE) La asociación de alu’s, para operar con más bits, se puede hacer en serie (acarreo serie) o en paralelo (acarreo paralelo). Para el primero, basta usar las entradas de acarreo anterior (CL) y las salidas de acarreo serie (CO), para realizar una conexión similar a la de los sumadores:

Para que el procesamiento de los datos sea más rápido, se usa un circuito de propagación y generación de acarreo. Para ello se usan las salidas g y p de las alu’s:  G se activa si la alu genera un acarreo, o sea, si se produce una acarreo saliente (co=1), independientemente de si hay o no un acarreo entrante (C1=X).  P se activa si la alu propaga un acarreo, o sea, se producirá un acarreo saliente si hay un acarreo entrante.

o ASOCIACIÓN DE ALU’S (ACARREO EN PARALELO) El siguiente diagrama corresponde a un circuito capaz de procesar 16 bits. Se trata de una alu de 16 bits, con propagación de acarreo en paralelo.

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o SUMADOR EN PARALELO DE 4 BITS (NIBBLE) Un sumador de 4 bits se implementa mediante 4 full adders. Dependiendo del método elegido para manejar los acarreos el sumador puede ser

-- acarreo serie - acarreo anticipado

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o SUMADOR PARALELO CON ACARREO SERIE

Se construye asociando n sumadores elementales completos (full adder) que reciben y procesan todos ellos los datos en paralelo, si bien el acarreo se propaga en serie de un sumador a otro (circuito lento).

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CONCLUSIÓN

Bien, ahora que hemos visto lo que hacen y/o de lo que son capaces los circuitos, así como los valores asignados podemos concluir que la eficiencia dependerá de la estructura que dicho circuito contenga, pues con el paso de los años se han desarrollado grandes avances en la Ing. Electrónica que desde sus principios solo ha consistido en el uso lógico de 1 y 0, si y no, valores lógicos, valores signados para que realice operaciones que no tienen que ver con mas que solo lógica. Es de vital immportancia que aprenamos por lo menos los fundamentos de lo que es la electronica o saber como minimo como funciona, puesto que los avances tecnologicos nos estan llevando a aprender forzadamente una porcion de la misma, como en celulares, tablets, comutadoras, etc., se implementan, aun que en mayor desarrollo, la electronica. Puueden ser cosas tan avanzadas como un sistemao simplemnte un reloj.

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BIOGRAFÍA

http://www.uhu.es/rafael.lopezahumada/descargas/tema6_fund_0405.pdf http://es.slideshare.net/yemirmendez9/savedfiles?s_title=operaciones-de-nmerosbinarios&user_login=franciscochavarria http://www.uv.es/varnau/AEC_512.pdf http://centros.edu.xunta.es/iesmanuelchamosolamas/electricidade/fotos/numeracion.htm http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4923/html/7_sumadores.html http://personales.unican.es/manzanom/Planantiguo/EDigitalI/SumG2_09.pdf http://www.nebrija.es/~oruano/tema4.pdf

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