LABORATORIO Nº 2

ENSAMBLADO DE UNA MICROALU, OPERACIÓN DE LA ALU COMPLETA 74181

I. INTRODUCCIÓN

Un ordenador es una máquina fundamentalmente secuencial. Esto quiere decir que realiza sus tareas una detrás de otra, siguiendo el orden en el que están las instrucciones para realizarlas.

Sus componentes básicos serán, por tanto, un lugar donde almacenar las instrucciones y datos (Memoria) y un elemento encargado de ejecutar los procesos indicados por esas instrucciones (Unidad Central de Proceso o CPU).

La CPU debe incluir todos los componentes necesarios para leer la memoria, decodificar las instrucciones y ejecutar cálculos aritméticos y lógicos. En los ordenadores de pequeño tamaño (minis y micros), la CPU está integrada dentro de un solo chip de silicio, a este chip se le conoce por el nombre de microprocesador.
Un microprocesador consta, normalmente, de una serie de registros, una Unidad Aritmética-Lógica (ALU) y los circuitos de control para la comunicación interna y externaOtro componente fundamental del microprocesador es la ALU o Unidad Aritmética-Lógica que es la encargada de realizar todas las operaciones en el interior del microprocesador. Las operaciones que puede realizar son:

Desplazamiento
Comparación
Puesta a uno de bit
Puesta a cero de bit
Prueba de bit
AND
OR
OR exclusivo (EXOR)
Incremento
Decremento
Suma
Resta
Ajuste decimal

II. OBJETIVOS

- Demostrar la operación de una microALU montada en base a un sumador Completo y compuertas EXOR.

- Montar un circuito sumador completo y circuito complementario para posibilitar operaciones de complemento y diferencia del sumador.

- Montar el dispositivo de unidad aritmética lógica (ALU) 74181 y verificar el cumplimiento de su conjunto de instrucciones.

- Montar el circuito y verificar las características operativas de la unidad aritmética y lógica 74181.

III. RESUMEN

Primeramente realizamos los circuitos en el simulador de Laboratorio para ver sus funciones y funcionamientos con las tablas de verdad para luego realizar su implementación real en Protoboard.

La prueba en el programa simulador Proteus es un tanto complicada ya que si no se sabe usar el programa se tiene que ir buscando los componentes y eso provoca un poco de pérdida de tiempo al realizar los programas y es muy necesario guardar los circuitos todo el tiempo ya que a veces se pierde toda la información.

Cuando implementamos el circuito en protoboard tuvimos que verificar las características lógicas y operativas de la ALU ya que al no tener un buen conocimiento no daría los resultados esperados.

IV. MARCO TEÓRICO

Unidad aritmetica logica

Es en donde se relizan las operaciones aritmeticas y logicas, para ello se apoya usando el registro acumulador, los registros generales y tambien un registro flag.

Los registros flag sirven para indicar el estado del procesador despues de realizar una operacion de calculo. Los registros son flip flop que registran las caracteristicas del resultado arrojado por una instruccion.

Dependiendo de los fabricantes los flags pueden ser muy diversos pero hay algunos que en general se encuentran en casi todos los procesadores:

Flag de signo: indica si el resultado de la ultima operacion fue positiva o negativa.
Flag de cero: indica si el resultado de la ultima operacion fue cero o distinto de cero.
Flag de overflow: indica si el resultado fue mayor que la capacidad de representacion del acumulador
Flag de underflow: cuando el resultado es menor a la minima capacidad de representacion del acumulador.

Operaciones aritmeticas y logicas

Las operaciones aritmeticas y logicas se realizan siempre sobre algun registro y tienen como pivote el registro acumulador:

Sobre el acumulador, solamente
Entre el acumulador y algun registro
Entre el acumilador y una direccion de memoria
Entre el acumulador y un dato inmediato.
El resultado de las operaciones es almacenado en el acumulador.
Algunas operaciones aritmaticas logicas tipicas:

Sumas
Restas
Complemetacion
Despalazamiento a la izquierda (multiplicado por 2)
Despalzamiento a la derecha (dividido por 2)
Incremetar o decrementar en 1 el acumulador
OR, AND, OR-EX, etc, entre un par de registros.

Las operaciones de multiplicacion y division no son efectuadas por la alu y se implementan en software que comanadan la ALU o hardware, especial, que realiza estas funciones.

CIRCUITOS INTEGRADOS ARITMETICOS

Los circuitos aritméticos básicos, debido a su gran uso en multiples aplicaciones, los encontramos en forma de IC (en una pastilla)
El circuito sumador total típico lo encontramos en forma de 4 sumadores completos independientes o como un sumador de 4 bits capaz de sumar dos palabras binarias de 4 bits.

Si combinamos los circuitos sumadores totales con otros circuitos lógicos, obtendremos:

• Sumadores-restadores
• Multiplicadores
• ALU (unidades lógicas-aritméticas de multiples utilidades

CARACTERISTICAS DEL 7483

Es un circuito integrado que realiza la función de sumador total, efectúa la suma de dos números binarios de 4 bits.

SUMADOR DE DOS PALABRAS DE 4 BITS

Los 4 bits de la palabra A se introducen por sus correspondientes entradas; análogamente, se introduce la palabra B por sus correspondientes entradas.
El Carry de entrada lo ponemos a masa ya que no tenemos ningún acarreo anterior.
Por las salidas obtendremos el resultado de la suma en binario. Si el resultado llevase acarreo en el último miembro, en el carry de salida saldria un 1 lógico.
Este es el uso más corriente que tiene este circuito integrado.

RESTADOR DE DOS PALABRAS DE 4Bits

Los cuatro inversores convierten la palabra B a su forma en complemento a 1. Poner el acarreo de entrada a 1 lógico es lo mismoque si sumamos +1 al sustraendo, con esto conseguimos el complemento a 2 del sustraendo; luego, se euman minuendo y sustraendo y hemos efectuado la resta; en este caso, el acarreo de salida se descarta.

SUMADOR-RESTADOR DE DOS PALABRAS DE 4Bits

Hemos observado que los circuitos sumadores son bastante parecidos. Si los combinamos de una forma adecuada, obtendremos un circuito versátil que podrá sumar o restar a nuestra voluntad.


V. LISTADO DE MATERIALES

- 1 Entrenador digital
- 1 CI 7486 EXOR cuádruplo de 2 entradas
- 1 CI 7483 Sumador completo de 4 bits
- 1 CI 74181 ALU
- 1 CI 7405
- 4 Diodos LEDS
- Resistencias de 220 Ω
- Resistencias de 4k7 Ω
- Resistencias de 10k Ω
- 2 interruptores de 8 bits tipo DIP

VI. LABORATORIO

• Montar un circuito capáz de realizar la operación de una microALU montada a base de un sumador completo y compuertas EXOR
  
  

• Montar un circuito sumador completo y circuito complementario para posibilitar operaciones de complemento y diferenciadle sumador
  
  
  
  
  
  
  
  
  

• Montar el dispositivo de unidad aritmética y lógica 74181 y verificar el cumplimiento de su conjunto de instrucciones.
  

VII. CONCLUSIONES

Con el presente laboratorio se logró demostrar el funcionamiento de un sumador completo y su complemento para asi poder realizar operaciones de sumas y la diferencia del sumador.

Se puede decir muy ciertamente que los sumadores son la base de las computadoras ya que se pudo observar la etapas y como transmiten sus datos en distintos estados para varias secuencias de activación, además aprendimos a demostrar las características operativas y el funcionamiento de la ALU (unidad aritmética lógica) que como su nombre lo indica es la unidad encargada de realizar todas las operaciones aritméticas y lógicas (+, -, AND, OR, etc)

Determinamos el funcionamiento del CI 7483 y observamos que es un sumador completo de 4 bits que nos permite realizar sumas de hasta 4 bits y si uno quiere también se puede realizar restas activando un complementador que es el que complementa la operación de suma.

Mediante el programa Proteus y en el Protoboard conseguimos demostrar los circuitos propuestos en la guía claro que añadiéndole algunos dispositivos como drivers, resistencias, etc.

VIII. FE DE ERRATAS

Uno de nuestros primeros errores fue la manera incorrecta de unir los componentes en el simulador, el mismo problema tuvimos en la implementación en protoboard ya que por una patilla del 7483 que no estaba bien conectada el circuito no funcionaba como tenia que ser y tuvimos que revisarlo como 3 veces.

El principal problema que se tubo para el diseño de estos circuitos, fue la comprensión del sumador 7483 e incluso tuvimos que interpretar varias veces las sumas para que en el circuito nos de buenos resultados y si no se apretara el switch que corresponde no saldrá el resultado que queramos, pero gracias a la ayuda del ingeniero se pudo realizar correctamente las sumas y sus complementos (restas).

En cuanto al diseño de la experiencia 1, no se tuvo mayores problemas, ya que contamos con que era un circuito sumador con 2 entradas y era sencillo.

Un cambio muy importante fue en el circuito 2 ya que se tuvieron que alterar los valores de las resistencias de entrada a los switch´s y de salida de los Leds porque sino desviarían tanta corriente que no dejarían que se mantuviese un valor alto en la compuerta.

El problema más grande que se tuvo fue en la experiencia de la ALU ya que no se pudo simular en el Proteus y debido a esto el ingeniero pidió que se realice la prueba en el protoboard y así fue.