ALU - Unidad aritmética lógica

ALU

1. OBJETIVO
Describir el funcionamiento de la unidad lógico aritmética, así como distinguir
sus características básicas para implementar aplicaciones.
2. RESUMEN
Indicar:
a) Definición
b) Funcionamiento de cada bloque tanto Lógico como Aritméticos de la ALU.
c) Aplicaciones
d) Características de cada bloque
e) Ejemplos de Circuitos integrados
f) Elije una matrícula y explica sutabla de verdad

Unidad aritmética lógica

En numerosos procesadores digitales es necesario realizar diferentes operaciones
aritméticas y lógicas con números binarios. Esta necesidad indujo a los fabricantes
de circuitos integrados a realizar en la escala de integración media, bloques
funcionales combinacionales de cuatro bits que, mediante unas entradas de
selección, permitiesen realizarvarias operaciones aritméticas y lógicas (UAL) y se
les conoce como ALU (acrónimo de Arithmetic Logic Unit), se ha implementado en
diferentes versiones en circuitos de escala de integración media y forman parte de
la unidad operativa de todos los procesadores digitales secuenciales síncronos.

Funcionamiento del bloque lógico y aritmético de la ALU
Unidad lógica
La unidad lógica es la partela unidad aritmético lógica que se encarga de realizar
los cálculos de tipo lógico entre las variables Ai y Bi.
Para un mejor entendimiento veremos la realización de la tabla de verdad de la
unidad lógica de una ALU de 4 bits, que se utilizará cuando la entrada en S2 este
a nivel bajo. Por lo que la tabla de verdad deberemos hacerla en función a cuatro
entradas, las de control, S1 y S0, ylas de datos Ai y Bi. La tabla de verdad
únicamente deberemos hacerla una vez, sin embargo, a la hora de implementar
las funciones mediante multiplexores, deberemos repetir el procedimiento cuatro
veces, uno por cada bit, en este caso cuatro. Así quedarán cuatro salidas SULi
(SUL0, SUL1, SUL2, SUL3) que serán el resultado de las operaciones realizadas
con las entradas de datos Ai (A0, A1, A2,A3,) y Bi (B0, B1, B2, B3).

S1 S0

Operación Lógica

0

0

Negación de A

0

1

Negación de B

1

0 Suma lógica de A y el complemento de B (OR)

1

1

Tabla de verdad:

Multiplicación lógica de A y B (AND)

Podemos simplificar la tabla de verdad haciendo que SULi esté en función de Bi.
Así haríamos una tabla de verdad de 3 variables, las de control, S1 y S0, y estavez únicamente la de datos Ai. Podríamos haber simplificado igualmente por
cualquier otra variable que no fuera Bi sin embargo la he escogido por simple
cuestión de comodidad ya que al haberla representado como bit menos
significativo (LSB), está situada en la columna más exterior en la derecha y es
muy fácil reducir la tabla de verdad así.

S1

S0

Ai

SULi

0

0

0

1

00

1

0

0

1

0

Bi'

0

1

1

Bi'

1

0

0

Bi'

1

0

1

1

1

1

0

Bi

1

1

1

1

Una vez tenemos la tabla de verdad reducida, podemos implementar la
función SULi con un multiplexor de 8 a 1, utilizando las entradas S1(MSB), S0,
Ai (LSB) como entradas de control del multiplexor, y los valores 1, 0 y la
entrada Bi y su complementocomo entradas del multiplexor. La salida de dicho
multiplexor será SULi. Al ser una unidad lógica con 4 bits este procedimiento
habremos de repetirlo cuatro veces.
Para asignar las entradas del multiplexor nos basaremos en la tabla de verdad
anterior. El orden de peso en los bits es el antes ya comentadoS1, S0, Ai (LSB).
Una vez hecho esto ya tendríamos la solución de la unidad lógica para i=0,1, 2, 3.

Unidad aritmética
La unidad aritmética se encargará de realizar los cálculos de carácter aritmético,
valga la redundancia, que le indicaremos mediante las señales de control. Todos
estos cálculos se realizarán en complemento a dos, puesto que así ahorramos
circuitería con respecto a otro tipo de representaciones de cantidades negativas.
Los cálculos a realizar son los...