Unidad aritmética y lógica (ALU) de 4 bits

Universidad Privada del Valle

Facultad de INFORMATICA Y ELECTRONICA

ingenieria EN TELECOMUNICACIONES  

ingenieria en electronica

                                   

                                                                                                                 

SISTEMAS DIGITALES ii

Informe de Práctica de Laboratorio final

Unidad aritmética y lógica (ALU) de 4 bits

Grupo “A”

Estudiantes:

Vanessa Valeria Gutiérrez Donaire

    

Docente: Ing. Juan Franco Vaca

La Paz, 10 de Junio

Gestión  I – 2015

1         Introducción

En computación, la unidad aritmética lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

Por mucho, los circuitos electrónicos más complejos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno (y los mainframes) puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU.

Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemático 80387, y procesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.

1.1         Objetivos

·       Tener conocimientos básicos sobre la ALU

·       Implementar un circuito ALU de 4 bits

2         Fundamentos teóricos

Una función esencial de muchas computadoras y calculadoras es la realización de operaciones aritméticas. Estas operaciones se efectúan en la unidad aritmética-lógica de una computadora, donde se combinan compuertas lógicas y flip-flops de manera que puedan sumar, restar, multiplicar y dividir números binarios. Estos circuitos efectúan operaciones aritméticas a velocidades que son humanamente imposibles. Comúnmente, una operación de adición se llevará menos de 1 microsegundo.              

Todas las operaciones se llevan a cabo en la unidad aritmética lógica de una computadora. La figura nos muestra un diagrama de bloques que muestra los elementos principales que se incluyen en una ALU común. La finalidad primordial de la ALU consiste en aceptar datos binarios que están almacenados en la memoria y ejecutar operaciones aritméticas con estos datos, de acuerdo con instrucciones que provienen de la unidad de control.             

Figura 1

La unidad aritmética lógica contiene cuando menos dos registros de flip-flops: el registro B y el registro acumulador. También contiene lógica combinatoria, que efectúa las operaciones aritméticas sobre los números binarios que están almacenados en el registro B y el acumulador. Una secuencia común de operaciones puede ocurrir de la manera siguiente:                

La unidad de control recibe una instrucción (de la unidad de memoria) especificando que un número almacenado en cierta localidad de la memoria (dirección) se sumará al número que está almacenado en ese momento en el registro acumulador.

1.     El número que se sumará se transfiere de la memoria al registro B.

2.     El número contenido en el registro B y el número en el registro acumulador se suman en los circuitos lógicos (por el comando emitido desde la unidad de control). La suma resultante se envía entonces al acumulador para ser almacenada.

3.     El nuevo número en el acumulador puede permanecer para que se pueda sumar otro número a él, o, si el proceso aritmético particular llega a su fin, puede ser transferido a la memoria para ser almacenad

Estos pasos deben hacer evidente la forma en que el registro acumulador deriva su nombre. Este registro "acumula" las sumas que ocurren cuando se efectúan adiciones sucesivas entre los nuevos números tomados de la memoria y la suma acumulada anteriormente. De hecho, para cualquier problema aritmético que contenga varios pasos a seguir, el acumulador siempre contiene los resultados de los pasos intermedios conforme se obtienen, así como el resultado final cuando el problema termina.

3         Desarrollo

Diagrama de bloque de la ALU

Diagrama de bloques de un circuito aritmético

Diagrama de lógica de un circuito aritmético de 4 bits

Una etapa del circuito Lógico

Una etapa de una ALU

4         Conclusiones

·        La elaboración de la ALU permite realizar operaciones aritméticas y lógicas de forma confiable es de suma importancia para el uso de programación en ingeniería.

·        La ALU está formada por los circuitos electrónicos digitales dedicados a la realización de las operaciones aritméticas y lógicas bajo la supervisión de la Unidad de Control.

·        La mayoría de las operaciones de la computadora son realizadas por la ALU.

·        Unas salidas complementarias se encargan de presentar el carry si es que lo hay.