Laboratorio de Sistemas Digitales Reporte Practica 8

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES, SISTEMAS Y ELECTRONICA
LABORATORIO DE SISTEMAS DIGITALES
REPORTE DE LA PRACTICA 8
Unidad Aritmético Lógica (ALU)
Nombre: Jorge Antonio Jiménez Bernal 
Semestre: 2016-I 
Grupo: 1509-A
Introducción:
En el desarrollo de la electrónica digital los circuitos de compuertas básicas establecieron la estructura para todos los sistemas digitales subsecuentes. A partir de estas bases se comenzaron a crear circuitos de diferentes características, entre los más importantes fueron los circuitos aritméticos que resolvían operaciones matemáticas básicas tales como los medio sumadores (half sum) y los sumadores completos (full sum).
Organizando estos elementos en paralelo o en serie se pueden realizar circuitos aritméticos de un mayor número de bits o con diferentes capacidades. El desarrollo de estos circuitos ha llevado a la creación de unidades aritméticas lógicas integradas y al posterior desarrollo de los sistemas de microprocesadores.
La Unidad Aritmético Lógica (ALU 74LS181) es un circuito integrado de mediana escala de integración que contiene un aproximado de 75 compuertas básicas. Este circuito realiza un total de 16 operaciones aritméticas con y sin acarreo y 16 operaciones lógicas sobre dos datos de 4 bits denominados dato A (A3, A2, A1 y A0) y dato B (B3, B2, B1 y B0). Para definir si la operación va a ser aritmética o lógica, se emplea la señal de Modo (M), la cual decide cual conjunto de operaciones se va a realizar.
La elección de la operación específica dentro de uno de los conjuntos, aritmética o lógico, se realiza a través de las 4 señales de selección (S3, S2, S1 y S0) e incluye la suma (Plus), la resta (Minus), el decremento, la transferencia directa y las operaciones de AND, OR, XOR, NAND, XNOR, etc.
La ALU también cuenta con una señal de acarreo del 4º al 5º bit que puede ser empleada para alimentar el acarreo de entrada de la siguiente ALU. En la figura 8.1 se muestran los canales de entrada del dato A, del dato B, de las entradas de selección, el acarreo de entrada, el modo, el dato de salida, el acarreo de salida y otras señales de control.
La ALU puede realizar operaciones en cascada en conjunto con otras ALU’s para poder incrementar el largo de palabra.
Objetivos 
 El alumno simulará el funcionamiento de un sumador de 4 bits empleando sumadores completos de 1 bit en cascada.
 El alumno comprenderá el funcionamiento de una unidad aritmético lógica (ALU) de mediana escala de integración. 
 El alumno comprobará las diferentes operaciones que puede realizar la ALU, tanto aritméticas como lógicas.
Material y Equipo:
1 Circuito 74LS181
1 Circuito 74LS04
Circuito de switch de la práctica 1
Circuito de leds de la práctica 1
1 Fuente de CD
1 Proto Board
1 Multímetro
Desarrollo:
Con a ALU correctamente conectada al protoboard y a la compuerta inversora se armó el siguiente circuito y de acuerdo al modo de operación de ALU , se configuro para que hiciera diferentes operaciones en binario , determinadas por la salida de los leds y entradas de dato A y dato B , selección y Acarreos , y además del Modo de funcionamiento.
	
OPERACIONES 
LOGICAS
	DATO A
	DATO B
	SELECCIÓN
	Carry
	Mode
	Operación
	Resultado
	
	0100
	0100
	0000
	1
	1
	F=-A
	10110
	
	0100
	0100
	0001
	0
	1
	F=-(A+B)
	01000
	
	0100
	0100
	0011
	1
	1
	F=0
	00000
	
	0100
	0100
	0110
	0
	1
	F=AᴑB
	00001
De acuerdo a lo anterior el ALU es capaz de realizar operaciones lógicas en binario satisfactoriamente, ahora se procederá a hacer operaciones aritméticas, igualmente basándonos en el datasheet para poner el ALU en el modo correcto con los parámetros de entrada
	
OPERACIONES 
ARTIMETICAS
	DATO A
	DATO B
	SELECCIÓN
	Carry
	Mode
	Operación
	Resultado
	
	0100
	0010
	0001
	1
	0
	A*B
	01000
	
	0100
	0010
	1100
	1
	0
	A+A’
	10001
	
	0100
	0010
	1011
	0
	0
	B+1
	10010
	
	0100
	0010
	0000
	1
	0
	B-1
	00011
Cuestionario:
1. Empleando circuitos 74181, diseñe una Unidad Aritmética y Lógica capaz de operar 16 bits en paralelo.
2. Explique el concepto de acarreo anticipado (Carry Look Ahead) empleado en las ALU´s. Investigar en los manuales de TTL.
El sumador Paralelo con Acarreo Anticipado (Look Ahead Carry, LAC) es muy rápido porque evita el overhead de propagación del acarreo a costa de una penalización en área.
No se basa en las ecuaciones directas para Ci+1 y Si, sino en dos funciones adicionales llamadas de generación (Gi) y de propagación (Pi), para cada bit ‘i’ (i = 0, 1, 2…)
· Generación de Acarreo: tiene lugar cuando el sumador completo genera internamente un acarreo de salida. Solo cuando ambos bits son 1 se genera acarreo 
Gi = AiBi
· Propagación de Acarreo: tiene lugar cuando el acarreo de entrada se transmite como acarreo de salida. Solo cuando un de los bits de entrada es 1 se propaga el acarreo 
Pi = Ai ⊕ Bi 
3. Investigue la función que tienen las terminales de los pines 14, 15, 16 y 17 del circuito 74181.
Generacion de acarreo , propagación de acarreo y terminal de suma Carry + 4 posiciones , y terminal de salida de comparacion
4. Investigue y reporte cual es diagrama lógico interno de la ALU 74LS181.
Conclusiones:
Aunque el 74181 es solamente un ALU y no un microprocesador completo, simplificó grandemente el desarrollo y la fabricación de computadores y de otros dispositivos que requirieron cómputo de alta velocidad durante finales de los años 1960 hasta principio de los años 1980, y todavía es referido como un diseño "clásico" de ALU.2
Antes de la introducción del 74181, los CPU del computador ocuparon múltiples tarjetas de circuitos e incluso los computadores muy simples podían llenar múltiples gabinetes. El 74181 permitió que un CPU entero y en algunos casos, un computador entero pudiera ser construido en una sola tarjeta de circuitos impresos grande. El 74181 ocupa una etapa históricamente significativa entre los CPU más viejos basados en funciones de lógica discreta extendiéndose sobre múltiples tarjetas de circuitos y los microprocesadores modernos que incorporan todas las funciones del CPU en un solo componente. El 74181 fue usado en varios minicomputadores y otros dispositivos comenzando a finales de los años sesenta, pero a medida que los microprocesadores llegaron a ser más poderosos la práctica de hacer un CPU de componentes discretos cayó en favor, y el 74181 no fue usado en ningún nuevo diseño.
Bibliografía:
1.  'Computer Structures: Principles and Examples' C. Gordon Bell page 63: "The earliest and most famous chip, the 74181 arithmetic logic unit (ALU), provided up to 32 functions of two 4-bit variables."
2.  Kestrel: Design of an 8-bit SIMD parallel processor Proc. 17th Conf. on Advanced Research in VLSI, September 15-17, 1997, page 11
3. A Brief History of Computing page 6