Informatica

Unidad Aritmética y LÓgica (ALU)
Una unidad aritmética lógica puede realizar un conjunto de operaciones aritméticas básicas y un conjunto de operaciones lógicas, a través de líneas de selección. En inglés ALU significa Arithmetic Logic Unit (Unidad Aritmética Lógica). La figura 3.12.1. muestra el diagrama de bloques de una ALU.

Figura 3.12.1. Diagrama de bloques de una ALU
Las cuatroentradas de A se combinan con las de B generando una operación de salida de cuatro bits en F. La entrada de selección de modo S2 distingue entre las operaciones aritméticas y lógicas. Las entradas de selección S0 y S1 determinan la operación aritmética o lógica. Con las entradas S0 y S1 se pueden elegir cuatro operaciones aritméticas (con S2 en un estado) y cuatro logicas (con S2 en otro estado). Losacarreos de entrada y salida tienen sentido únicamente en las operaciones aritméticas. El diseño de una ALU implica el diseño de la sección aritmética, la sección lógica y la modificación de la sección aritmética para realizar las operaciones aritméticas y lógicas.
Sección Lógica
Los datos de entrada en una operación lógica son manipulados en forma separada y los bits son tratados como variablesbinarias. En la tabla 3.12.1. se listan cuatro operaciones lógicas OR, OR - Exclusiva, AND y NOT. En el circuito, las dos líneas de selección (S1, S0) permiten seleccionar una de las compuertas de entrada, correspondientes a la función Fi .
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 |
Tabla3.12.1. Tabla de Función Lógica.
El circuito lógico de la figura 3.12.2 es una etapa de un circuito lógico de n bits.

Figura 3.12.2. Diagrama lógico de un circuito lógico de una ALU
Sección Aritmética
El componente básico de la sección aritmética es un sumador en paralelo (ver lección 3.10.1). Las operaciones aritméticas configuradas en el circuito aritmético se presentan en la tabla3.12.2. En una ALU, la suma aritmética se puede implementar con un número binario en A, otro número en la entrada B y el acarreo de entrada Cin en un valor lógico 0. El resto de las funciones se enuncian en la columna descripción.
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 accarreo 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 |
Tabla 3.12.2.Tabla de la Función F en un Circuito Aritmético
La implementación de las funciones anteriores por medio de un circuito lógico sencillo se describe a continuación. El circuito se diseña bajo el precepto de intervenir cada entrada Bi para obtener las siguientes funciones:
S1 | S0 | Ni |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | Bi |
1 | 0 | Bi' |
1 | 1 | 1 |
Tabla 3.12.3. Tabla del circuito parala entrada Bi
La figura 3.12.3. muestra el circuito.

Figura 3.12.3. Circuito para la tabla 3.12.2.
Por medio de estas funciones se pueden lograr las funciones de la tabla 3.12.2 al agregar el número Ni (tabla 3.12.3) a la entrada A a través de un sumador en paralelo para cada etapa, teniendo en cuenta el valor de la entrada Cin. El circuito combinacional aritmético se muestra en la figura3.12.4. En la figura, la entrada A se denomina Mi en el sumador completo.

Figura 3.12.4. Circuito aritmético
Diseño de una Unidad Aritmética Lógica
En el diseño de una ALU se deben seguir los siguientes pasos:
1. Diseñar la sección aritmética independientemente de la sección lógica.
2. Determinar las operaciones lógicas del circuito aritmético, asumiendo que los acarreos de salida de...