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• Josué Ríos Silva

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Practica ALU (Unidad Instituto tecnológico de Pachuca Aritmética Lógica) de México A r q uTecnológico i t e c t u r a nacional de computadoras

Alumno:



Eric León Olivares RIOS SILVA JOSUE EMANUEL

Materia:

Docente:

Introducción Algunos circuitos electrónicos son capaces de resolver problemas mediante operaciones aritméticas y lógicas, por lo cual es imprescindible con que cuenten con esta unidad que realizara tales tareas, procesando la información que llega a ella y regresando el resultado final. A esta unidad se le conoce como ALU (Unidad aritmética lógica), la cual se puede implementar en numerosos aparatos eléctricos que requieren de su operación. En la actualidad, tenemos un sin número de ejemplos de circuitos electrónicos que necesitan de una o de un conjunto de ALU’s para operar de manera correcta, por ejemplo un microprocesador moderno, puede tener múltiples núcleos, y cada núcleo a su vez unidades ALU con mucha potencia y muy complejos. En la carrera de ingeniería en sistemas computacionales es de gran importancia conocer la forma en que opera, llegar hasta la raíz del funcionamiento de tal unidad y así saber cuándo y cómo implementarla. En esta práctica se busca crear una Unidad Aritmético-Lógica de 64 bits, lo cual nos ayudará a comprender el funcionamiento de las operaciones que es capaz de realizar.

Marco teórico La ALU Definimos genéricamente a la unidad ALU (por sus siglas en inglés Arithmetic Logic Unit) como una de las unidades que forman parte de la Unidad Central de Procesos (es decir, del Procesador, Microprocesador o CPU - Central Processor Unit, por sus siglas en inglés) mediante la cual es posible realizar una gran cantidad

de

operaciones

aritméticas

básicas

(Suma,

Resta,

División

y

Multiplicación) además de realizar algunas operaciones Lógicas (Yes, Or, Not, And Es decir, sí; y, o, no) entre dos números o dos conjuntos de números.

En informática, la Unidad Aritmética Lógica forma parte del circuito digital del procesador indefectiblemente, teniendo además presencia en otros Circuitos electrónicos que necesiten realizar estas operaciones, teniendo por ejemplo la utilización de un Reloj Digital, donde estos cálculos lógicos se basan en dos funcionalidades básicas: Sumar de a 1 al tiempo actual (para los Segundos, minutos y las Horas). Comprobación de la activación o no activación del sonido de la alarma. Cambio de Hora y Minutos de acuerdo al sistema hexadecimal Pero esta unidad es generalmente utilizada en circuitos de alta complejidad, cubriendo no solo operaciones matemáticas simples, sino una gran cantidad de cálculos por segundos, siendo en el caso de los últimos aquellos que son conocidos como Microprocesadores, y que como hemos dicho, son el cerebro de un ordenador y te toda la información que se procesa a través de él.

Es en estos pequeños y complejos dispositivos que encontramos los siguientes componentes:



Dispositivos de Adición: Se encargan de realizar las anteriormente



mencionadas operaciones aritméticas. Registros: Son los que contienen los Operandos que permiten realizar las

 

operaciones, siendo aportados estos por la Unidad de Control Resultados Parciales: Fragmentos de cálculos que fueron realizados Resultados Finales: Resultados propiamente dichos de los cálculos



efectuados Control de Cálculo: Dispositivo que se encarga de controlar, redirigir y corregir los errores que se puedan haber cometido en las operaciones realizadas

Hemos mencionado en este listado a la Unidad de Control, y debemos definirla como un dispositivo que se encarga de enviar a la Arichmetic Logic Unit todas las órdenes y operaciones que debe realizar, además de transportar los Resultados finales que ha obtenido hacia otros componentes. De este modo, podemos definir el funcionamiento de la siguiente manera:

  

Unidad de Control: Emite las acciones a efectuar. Unidad Aritmético Lógica: Procesa los datos recibidos y envía los registros. Unidad de Control: Analiza los resultados obtenidos y los envía a otros dispositivos.

Operaciones de la ALU Estas son las operaciones a realizar por la ALU: 

Operaciones aritméticas de números enteros (adición, sustracción, y a



veces multiplicación y división, aunque esto es más complejo) Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR, XOR, XNOR)



Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un número específico de bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin extensión de signo). Los desplazamientos pueden ser interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2.

Sobre el circuito DMS74181 El 74181 es una unidad aritmético lógica bit slice implementada como un circuito integrado TTL de

la serie

7400.

Fue

la

primera ALU completa

en

un

simple chip. Fue utilizado como el núcleo aritmético/lógico en los CPU de muchos minicomputadores históricamente significativos y en otros dispositivos. El 74181 representa un paso evolutivo entre los CPU de los años 1960, que fueron construidos

usando puertas

de

lógica discretas,

y

los

CPU

o

los microprocesadores en un simple chip de hoy. Aunque ya no es usado en productos comerciales, el 74181 es todavía una referencia en libros de textos sobre organización del computador y en papeles técnicos.

Especificaciones Contiene el equivalente de 75 puertas lógicas y comúnmente empaquetado en un DIP de 24 pines. La ALU de 4 bits de ancho puede realizar todas las

operaciones tradicionales de suma, resta, decremento, con o sin acarreo, al igual que operaciones

lógicas AND, NAND, OR, XOR y SHIFT.

Están

disponibles

muchas variaciones de estas funciones básicas, para un total de 16 operaciones aritméticas y 16 operaciones lógicas en dos palabras de cuatro bits. Las funciones de multiplicación y división no son proporcionadas, pero pueden ser realizadas en pasos múltiples usando funciones de SHIFT y suma o resta. SHIFT no es una función explícita pero puede ser derivada de varias funciones disponibles, incluyendo (A+B) más A, A más AB. El 74181 realiza estas operaciones en dos operandos de cuatro bits que generan un resultado de cuatro bits con un acarreo en 22 nanosegundos. El 74S181 realiza las mismas operaciones en 11 nanosegundos, mientras que el 74F181 realiza las operaciones en típicamente 7 nanosegundos. Múltiples 'slices' pueden ser combinados para tamaños arbitrariamente grandes de palabras. Por ejemplo, seis 74S181s y cinco generadores de acarreo look ahead 74S182 pueden ser combinados para realizar las mismas operaciones en operandos 64 bits en 28 nanosegundos. Aunque fue eclipsado por el desempeño de los microprocesadores de 64 bits de multi giga Hertz de hoy, esto fue absolutamente impresionante cuando comparaba a las velocidades de reloj de submegahertz de los tempranos microprocesadores de cuatro y ocho bits.

Tablas de verdad de salida

Material         

1 Multímetro 1 Fuente de poder con salidas de12 y 5 volts de corriente continua 2 protoboard 1 circuito integrado DM74LS181N 18 LED’s 3 DIP switch de 4 interruptores 1 DIP switch de 2 interruptores 32 resistencias de 120 Ω Cable para conectar en protoboard

Diagrama lógico

Diagrama de conexión

Circuito armado y funcionando

Conclusión He estudiado acerca de los componentes que comprenden a la unidad de procesamiento de un equipo de cómputo, logrando saber cómo realiza las tareas que se le asignan, dentro de ellos se encuentra la ALU la cual construí y represente con un circuito DM74LS181N. En la práctica adquirí un nuevo concepto, la asignación de la operación y el control sobre esta misma, de esta forma saber si es lógica o aritmética y que operación realizara. En este análisis además se adquirió que el circuito es capaz de procesar dos datos que entran, la configuración del tipo de operación y designación de la misma.

Referencias 

TEXAS INSTRUMENTS. Data Sheet Catalog 754181. octubre 15, 2015, de DataSheet Catalog Sitio web:

http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/700/493319_DS.pdf



Wikipedia. (2013). Unidad aritmética lógica. 15 octubre, 2015, de WIKIPEDIA Sitio web:

https://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_aritm%C3%A9tica_l%C3%B3gica



WIKIPEDIA. (2015). 74181. octubre 15, 2015, de WIKIPEDIA. La enciclopedia libre Sitio web:

https://es.wikipedia.org/wiki/74181