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5/9/2018 ALU - slidepdf.com

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UNIDAD ARITMETICA LOGICA

Escuela de TecnologíasRedes y Telecomunicaciones

Circuitos Digitales


Fernando Gabriel Fiallos Domínguez




Unidad Aritmética Lógica

Concepto.- Unidad Aritmética y Lógica [Arithmetic Logic Unit ALU]. - Es un

dispositivo que realiza operaciones aritméticas [suma, resta] y varias operaciones

lógicas [AND, OR, etc.] con dos operandos [registros]: Reg-A y Reg-B de x-bits

[dondex=4, 8, 16, etc.] cada uno, para eso requiere de algunas entradas de selección [5]

de la operación que se realizará. El resultado de la operación normalmente se almacena

en el Registro A [Acumulador]. La ALU es una parte muy importante dentro de la CPU.

La figura 1 muestra el diagrama de bloques de una ALU típica de 8-bits.

FIGURA 1.

CI-74L5181 [ALU/Generador de Función]. - Las ALU MSI tiene operandos

de 4²bits y de tres a cinco entradas de selección de operaciones, permitiendo larealización de hasta 32 funciones diferentes. La fig. 2 muestra la distribución de pines

de la ALU 74LS181 de 4-bits. El tipo de operación que realiza el CI²74181 se

selecciona mediante la entrada M y las entradas de selección [S3, S2, S3, S0] como se

indica en la siguiente tabla. Obsérvese que los identificadores A, B y F en la tabla se

refieren a palabras de 4²bits [A3, A2, A, A0], [B3, B2, B1, B0] y [F3, F2, F1, F0] y

los símbolos . y + se refieren a las operaciones AND y OR lógicas.




FIGURA 2.

La entrada M del 74181 selecciona entre las operaciones aritméticas y lógicas. Cuando

M = 1, se seleccionan las operaciones lógicas y cada salida Fi es función sólo de las

correspondientes entradas de datos, Ai y Bi [bit²a²bit]. No se propagan los excesos

[carry] entre las etapas y se ignora la entrada CN [carry in]. Las entradas [S3, S2, S1,

S0] seleccionan una operación lógica particular; puede seleccionarse cualquiera de las

16 operaciones combinacionales lógicas diferentes sobre dos variables.




Cuando M=0, se seleccionan las operaciones aritméticas, se propagan los excesos entre

las etapas y se usa el Ci como una entrada de exceso a la etapa más significante. Para

operaciones de más de 4-bits pueden conectarse varias ALU en cascada, con el exceso

de salida [Co] de cada ALU conectado al exceso de entrada [Ci] de la etapa siguiente

más significante. Las mismas señales de selección de función [M, S3, S2, S1, S0] se

aplican a todos los µ181 en la cascada.

Para realizar una suma en complemento a dos, se usa [S3, S2, S1, S0] para seleccionar

la operación ³A más B más Ci´. La entrada Ci de la ALU menos significante está

normalmente en 0 durante las operaciones de suma. Para realizar una resta en

complemento a dos, se usa S3 y S0 para seleccionar la operación A menos B menos 1

más Ci. En este caso la entrada Ci de la ALU menos significante está en 1, ya que Ci

actúa como el complemento del carry durante la resta.

El µ181 proporciona otras operaciones aritméticas, como ³A menos 1 más Ci´, que

son útiles en algunas aplicaciones [por ejemplo, decrementar en 1]. También

proporciona muchas operaciones aritméticas raras, como ³A.B¶ más (A + B¶) más Ci´,que casi nunca se usan en la práctica.

Obsérvese que las entradas del operando [A3, A2, A1, A0] y [B3, B2, B1, B0] y las

salidas de la función [F3, F2, F1, F0] del µ181 son activas bajas.

El µ181 también puede usarse con las entradas de los operandos y las salidas de la

función en activa alta. En este caso, debe construirse una versión diferente de la tabla de

la función. Cuando M = 1, as operaciones lógicas aún se realizan, pero para una

combinación de entrada dada en [S3, S2, S1, S0] la función obtenida es precisamente la

dual de la listada en la tabla anterior. Cuando M = O, se realizan las operaciones

aritméticas, pero la tabla de función es de nuevo diferente. Refiérase a la hoja de datosdel µ181 para más detalles.

CI-74L5381 y CI-74L5382 [ALU/Generadores de Función]. - Otra ALU MSI, el

CI²74LS381 [y el CI²74LS382] que se muestra en la figura 4, codifica sus entradas

de selección más compactamente y proporciona sólo ocho diferentes funciones útiles,

como se detalla en la tabla siguiente. La única diferencia entre el ´381 y ´382 es que uno

proporciona salidas de exceso anticipado en grupo mientras que el otro proporciona

salidas de exceso y desborde propagado.




FIGURA 3

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