1. TemaUnidad lgica aritmtica comercial (ALU 74ls181)2. Objetivo GeneralDeterminar el funcionamiento de la unidad lgica aritmtica que nos permita visualizar las operaciones ya sean lgicas o aritmticas mediante displays BCD a /segmentos.3. Objetivos especficos.Entender el funcionamiento de la ALU (74LS181)Describir caractersticas de la ALU (74LS181) reconocer operaciones lgicas y aritmticas.4. Diagrama Mental [Marco Terico]

En computacin, la unidad aritmtico lgica, tambin conocida como ALU es un circuito digital que calcula operaciones aritmticas (como suma, resta, multiplicacin, etc.) y operaciones lgicas (si, y, o, no), entre dos nmeros.Muchos tipos de circuitos electrnicos necesitan realizar algn tipo de operacin aritmtica, as que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendr una ALU minscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.Por mucho, los ms complejos circuitos electrnicos son los que estn 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 mltiples ncleos, cada ncleo con mltiples unidades de ejecucin, cada una de ellas con mltiples ALU.Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmtico lgica: unidades de procesamiento grfico como las que estn en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemtico 80387, y procesadores digitales de seales como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definicin. Todos stos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.El 74181 es un circuito integrado TTL de la serie 7400 de mediana escala de integracin (MSI), conteniendo el equivalente de 75 puertas lgicas y comnmente 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 lgicas AND, NAND, OR, XOR y SHIFT. Estn disponibles muchas variaciones de estas funciones bsicas, para un total de 16 operaciones aritmticas y 16 operaciones lgicas en dos palabras de cuatro bits. Las funciones de multiplicacin y divisin no son proporcionadas, pero pueden ser realizadas en pasos mltiples usando funciones de SHIFT y suma o resta. SHIFT no es una funcin explcita pero puede ser derivada de varias funciones disponibles, incluyendo (A+B) ms A, A ms AB.

Fig. 1. Diagrama de bloques ALU

Las cuatro entradas de A se combinan con las de B generando una operacin de salida de cuatro bits en F. La entrada de seleccin de modo S2 distingue entre las operaciones aritmticas y lgicas. Las entradas de seleccin S0 y S1 determinan la operacin aritmtica o lgica. Con las entradas S0 y S1 se pueden elegir cuatro operaciones aritmticas (con S2 en un estado) y cuatro lgicas (con S2 en otro estado). Los acarreos de entrada y salida tienen sentido nicamente en las operaciones aritmticas. El diseo de una ALU implica el diseo de la seccin aritmtica, la seccin lgica y la modificacin de la seccin aritmtica para realizar las operaciones aritmticas y lgicas.

5. Diseo en ISIS PROTEUS

Fig. 2. Diseo de ALU en Isis Proteus.6. Diagrama de Bloques con Tabla de FuncionamientoBLOQUE A:

Fig. 6.1 Ingreso de Datos

Aqu se ingresan los 2 datos ambos de 4bits de los cuales se proceder a realizar las operaciones en la ALU tanto lgicas como aritmticas.

BLOQUE B:

Fig. 6.2 Seleccin de operaciones.En este bloque se tiene 4 selectores los que permiten seleccionar el tipo de operacin a realizar por la ALU.BLOQUE C:

Fig. 6.3 Seleccin de funciones (lgicas aritmticas).

En esta parte del circuito nos permite controlar si deseamos realizar funciones lgicas o funciones aritmticas.Seccin LgicaLos datos de entrada en una operacin lgica son manipulados en forma separada y los bits son tratados como variables binarias. En la tabla 6.1 se listan cuatro operaciones lgicasOR,OR - Exclusiva,ANDyNOT. En el circuito, las dos lneas de seleccin(S1,S0) permiten seleccionar una de las compuertas de entrada, correspondientes a la funcin Fi.

cdigo seleccinLgica

S1S0MSalidaFuncin Fi

001OR

011XOR

101AND

111NOT

Tabla 6.1. Tabla de Funcin Lgica.Esquema de un circuito lgico (etapa de un circuito lgico denbits).

Fig. 6.4 Diagrama lgico de un circuito lgico de una ALUSeccin AritmticaEl componente bsico de la seccin aritmtica es un sumador en paralelo. Las operaciones aritmticas configuradas en el circuito aritmtico se presentan en la tabla 6.2. En unaALU, la suma aritmtica se puede implementar con un nmero binario enA, otro nmero en la entradaBy el acarreo de entradaCinen un valor lgico1 o 0.cdigo seleccinAritmticaCon acarreoSin acarreo

S1S0MSalidaSalida

000

010

100

110

Tabla 6.2. Tabla de Funcin Aritmtica.Representacin de la tabla conjunta entre operaciones lgicas y aritmticas.

Tabla 6.3. Tabla de Funciones (lgicas, aritmticas)Salida de datos.

En esta parte tenemos la visualizacin de los datos.Se utiliz un decodificador BCD a 7 segmentos para visualizar los datos.Ejemplo : Datos de ADatos de BfuncionessSalida

A3A2A1A0B3B2B1B0S3S2S1S0Cn M Salida

111000000000011funcin lgica negada

000100100010103suma aritmtica

000100000000101Funcin aritmtica

7. Dificultades de Diseo Entendimiento de como seleccionar las funciones lgicas y aritmticas. Funcionamiento de la ALU en las primeras simulaciones.

8. Soluciones

Despus de mucha consulta se entendi la seleccin de funciones lgicas y aritmticas. Con las siguientes simulaciones se logr comprender bien el funcionamiento.9. Conclusiones de DiseoCon el diseo de este tipo de circuito se han reforzado los conocimientos sobre cmo se realizan las operaciones en una ALU.

Con la simulacin se pudo observar cmo se realiza, en un caso operaciones lgicas y en otro caso operaciones aritmticas con acarreo y sin acarreo.10. Recomendaciones de Diseo

Tener en cuenta cuando es una funcin lgica y una funcin aritmtica.11. Bibliografa Fundamentos de Sistemas Digitales. 9na Edicin. Tomas L. Floyd.

Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones. Ronald J. Tocci.12. AnexosDatasheets: ALU (74ls181)

Decodificador BCD 7 segmentos (74ls47)

Displyas nodo comn