MICROPROCESADORES

LABORATORIO # 2

ENSAMBLADO DE UNA MICROALU, OPERACIÓN DE LA ALU COMPLETA 74181

I.- INTRODUCCION

La unidad aritmética lógica (UAL o ALU) es el órgano operativo del microprocesador puede realizar operaciones tanto aritméticas como lógicas entre un par de operandos de N bits, se compone en dos módulos la unidad aritmética y la unidad lógica. Para seleccionar la operación que se quiere realizar normalmente estos dispositivos poseen unas entradas de selección.

En la arquitectura de un microprocesador observamos en la figura que este tiene una unidad aritmética y lógica de 8 bits este opera con datos de 8 bits el cual posee dos vías par el acceso de datos:

· Acceso directo desde el bus interno del microprocesador
· Acceso al acumulador con el cual trabaja habitualmente

Además tiene una comunicación con los diferentes bits de registro de estados.



En este documento se detallara el funcionamiento de la ALU.

II.- OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

- Verificar el funcionamiento del circuito sumador de 2 bits con carry y sin carry
- Verificar el funcionamiento del circuito sumador completo y circuito complementario para posibilitar operaciones de complemento y diferencia del sumador
- Ensamblar una ALU, verificar las operaciones de la ALU completa con el C.I. 74181

OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Demostrar la operación de una microALU montada en base a un sumador completo y compuertas EXOR.
- Montar un circuito sumador de 2 bits con carry y sin carry
- Montar un circuito sumador completo y circuito complementario para posibilitar operaciones de complemento y diferencia del sumador.
- Montar el dispositivo de unidad aritmética y lógica con el C.I. 74181 y verificar el cumplimiento de su conjunto de instrucciones.

IV. MARCO TEORICO

Para realizar las experiencias se utilizaron los integrados que se muestran a continuación, para poder realizar la lógica de combinación e ingresar las excitaciones adecuadas.

74ls86, que es un OR-EX, que es utilizado en la experiencia 1, para poder obtener el bit de acarreo que generan las entradas A y B al circuito.
También es utilizado en la experiencia dos para obtener un complementador de las entradas B, y asi poder obtener el complemento a uno de dichas entradas.

74ls83, que es un sumador, el cual fue utilizado para poder realizar la experiencia dos, en donde se suman las entradas A a las respectivas de B, y aumentando algunas entradas lógicas se puede obtener el restador.

74ls181, que es una unidad aritmetica logica, fue utilizada para la experiencia numero tres, el cual tiene toda la logica en su interior, para poder realizar las operaciones requeridas de acuerdo a las instrucciones que tenga en la entrada.

ALU (Arithmetic Logic Unit)

En esta sección de la CPU se realizan las operaciones aritméticas, lógicas, de desplazamiento, de rotación de incremento. Uno de los operandos que intervienen en la operación a efectuar por la ALU, procede de un registro de 8bits, llamado Acumulador. El otro operando llega desde cualquier parte del sistema y se carga en un registro auxiliar. En los microprocesadores de 8bits, el resultado de la operación de la ALU se deposita en el Acumulador, que, por este motivo, se emplea doblemente. Un registro especial, denominado Registro de Estado, dispone de una serie de bits que actuan como se;alizadores de alguna caracteristica especiales que se haya producdo en la ultima operacin efectuaa por la ALU.

La ALU necesita recibir 4 señales que seleccionan la operación, mas otra (M) que determina si es de tipo lógico o aritmético. Las señales que seleccionan la operación proceden del código OP de la instrucción que entra desde el bus externo de datos e instrucciones

Esta unidad, de forma concreta se compone básicamente de: Circuito Operacional, Registros de Entradas, Registro Acumulador y un Registro de Estados, conjunto de registros que hacen posible la realización de cada una de las operaciones.

V. LISTADO DE MATERIALES

- 1 Entrenador digital
- 1 CI 7486 EXOR cuádruplo de dos entradas
- 1 CI 7483 sumador completo de 4 bits
- 1 CI 74181 ALU
- 1 CI 7405
- 4 LED
- 4 Resistencias de 220 Ohm 1/2W
- 2 interruptores de 8 bits tipo DIP
- Circuito driver para proteccion

VI. LABORATORIO

Circuito 1

El funcionamiento del circuito sumador de dos bits con carry y sin carry su funcionamiento esta mostrado en la siguiente tabla:

tabla de estados del primer circuito

Cuando funciona el circuito sin carry o sea en nivel bajo (carry) esta en el modo de semisumador este permite sumar dos números binarios de un solo bit cada uno, sin embargo este no puede sumar los bits de arrastre cuando estos se generan en operaciones de mas de una cifra, esta es la razón por la que se la denomina semisumador. En el modo sumador total o sumador completo se produce la suma de los 2 bits mas el acarreo que se puede producir en las operaciones. Para obtener este funcionamiento el SW (carry) deberá estar en nivel alto.


Simulacion en PROTEUS



Circuito 2

El funcionamiento de la experiencia 2 es tan solo un sumador / restador de 4 bits con su carry. La suma puede ser realizada con carry o sin este, siempre en nivel 0 el SW (complementador).
En la siguiente tabla observamos la suma de 1+1+0 = 2 (0010) esto sin carry y con carry 1+1+1 = 3 (0011) produciendo el acarreo.




El circuito como restador funciona de la siguiente manera (sin carry).
En el caso que quisiéramos realizar una resta 3-2 el proceso seria el siguiente:
A = 3 = 0011
B = 2 = 0010 (complemento a 1) ; realizando el complemento a 1 obtendremos
- B = 1101 = -2
Obtendremos como resultado 10000 esto sin el carry, en efecto acá solo realizamos el complemento a 1.


Al realizar el complemento a 2 con el carry en nivel alto, que es tan solo es la suma de 1 al complemento uno, obteniendo el resultado deseado.

+ A = 3 = 0011
- B = -2 = 1110 (compl. 2)
-----------------------------------------
R = 10001 = 3 + el acarreo

En la siguiente figura podemos observar el ejemplo:


El diagrama del circuito sumador/restador simulado en el PROTEUS se muestra en la siguiente figura


con su correspondiente tabla de funcionamiento:




Circuito 3

A continuación se presenta las operaciones básicas (lógicas y aritméticas) que puede realizar la ALU.


En este laboratorio se estudia el CI 74181, posee 5 entradas de selección, esto quiere decir que puede hacer 32 operaciones (16 aritméticas y 16 lógicas). En el siguiente graficose muestra la distribución de pines y tabla de operaciones de este integrado.


A continuacion su muestra el circuito simulado en el PROTEUS


Y su correspondiente tabla de funcionamiento:


Cuando las entradas de selección están en apagado (low) y la entrada M = L y Cn = H la función será F = A, en el caso de que Cn = L entonces la función será F = A – 1. De esta manera podríamos explicar las otras funciones. Las funciones dadas que son producto de las entradas serán mostradas en los leds, cada led esta conectado a los drives. El colocado de los drives es para prevenir el quemado de los leds él cual es un C.I. 7405.


VII. CONCLUSIONES

- Al realizar las tres experiencias se comprobó q los circuitos funcionabas correctamente, cada un de las cuales cumpliendo a cabalidad con las tablas de funcionamiento,.

- Se observo el funcionamiento de una unidad aritmética lógica, el CI 74ls181, que es un sumador completo, y que la alu realmente puede realizar las operaciones que se le piden en la entrada según su lógica interior.

VIII. FE DE ERRATAS

No se pudo conseguir la simulacion del CI 74LS181 en el simulador electronico PROTEUS debido a que este no contaba con la libreria adecuada para ponerlo en funcionamiento.