Arquitectura del Computador

Diseño de Procesadores

Diseño de un Circuito Lógico
Un circuito lógico es aquel que manipula la información y hace operaciones en base del voltaje de entrada.
El 1 “high” siendo cuando hay voltaje y 0 “low” cuando no hay voltaje.
Estos circuitos integrados, ejecutan una variedad de funciones lógicas a través de las llamadas puertas lógicas , como la OR, AND, y NOT y como lascombinaciones de las mismas.
El diseño de los circuitos de combinación comienza con la descripción
Verbal del problema y termina en un diagrama de circuito lógico.



El procedimiento comprende los siguientes pasos:
• Se enuncia el problema.
• A las variables de entrada y salida se les asignan símbolos de letras.
• Se deriva la tabla de verdad que define las relaciones entre entradas
ysalidas.
• Las funciones Booleanas simplificadas se obtienen para cada una de
las salidas.
• Se dibuja el diagrama lógico.

Son determinados de la suma aritmética d los bits de entrada. Cuando todos los bits de entrada son 0 la salida es 0. La salida S es igual a 1 cuando solamente una entrada es igual a 1 o cuando todas las tres entradas son iguales a 1. La salida C tiene un acarreo de 1si dos o tres entradas son iguales a 1.

Los mapas de Karnaugh, son utilizados para encontrar expresiones algebraicas para cada una de las variables de salida. Los 1’s en los cuadrados de los mapas de S y C se determinan directamente de los mini términos en la tabla de verdad. Los cuadrados con 1’s para la salida S no se combinan en grupos de cuadrados adyacentes. Pero puesto que la salida es1 cuando hay un número impar de entradas, S es una función impar, y representa la relación OR exclusivo de las variables Los cuadrados con 1 para la salida C pueden combinarse en una diversidad de maneras.


Diseño de un circuito aritmético
Los circuitos integrados más representativos para la realización de operaciones aritméticas básicas tales como la suma y la comparación. Adicionalmente,se analiza una ALU en circuito integrado con la cual se pueden llevar a cabo una variedad de operaciones de lógica y aritmética.
La forma más simple de realizar una operación aritmética electrónicamente, es usando un circuito llamado semi-sumador (Haft Adder). Este dispositivo permite que sean aplicados 2 bits de entradas (A,B) para producir dos salidas: uno correspondiente a resultado de lasuma (S) y la otra correspondiente a acarreo (C) según se muestra en la tabla Nº1.
A
B
S
C
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
Tabla Nº1

Como se puede notar, la salido S es el resultado de una X-OR entre A y B como entradas: por otro lado C es el resultado de una AND entre las mismas entradas.

En la figura Nº1 se muestra el circuito de semi-sumador. Este semi-sumador presentala limitación de que no posee uno entrada para el acarreo de la etapa previa, en caso de que desee sumar más de 2 bits. Se debe recurrir entonces a sumador total b sumador completo (Full Adder). Este tipo de circuito acepta 3 bits de entrada por separado, llamados sumando, consumando y acarreo de entrada A, B y Cin respectivamente, mientras que las salidas son S y Cout.

Figura Nº1
Elsemisumador


Diseño de una Unidad Aritmética Lógica (ALU)
Una ALU es un circuito digital que realiza cálculos utilizando las 8 operaciones aritméticas:
Selección de Función
Salida N
Función
Descripción
S1
S0
Cin
 N
F
 
0
0
0
0
A
Transferir A
0
0
1
0
A+1
Incrementar A
0
1
0
B
A+B
Suma ó agregar B a A
0
1
1
B
A+B+1
Suma con acarreo ó agregar B a A más 1
1
0
0
B’A+B’
Agregar el complemento de 1 de B a A
1
0
1
B’
A+B’+1
Agregar el complemento de 2 de B a A
1
1
0
Todos unos
A-1
Decrementar A
1
1
1
Todos unos
A
Trasferir A

Y las 4 operaciones lógicas:
S1
S0
Salida
Función Fi
0
0
F=Ai+Bi
OR
0
1
F=AiBi
XOR
1
0
F=Ai·Bi
AND
1
1
F=A'i
NOT

La mayoría de las acciones de la computadora son realizadas por la ALU. La ALU...