Practica ALU (unidad aritmética lógica)

1. ALU de 1 bit

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ALU de 1 bit

Tipo: REPORTE TÉCNICO
1. Introducción
Los niveles de abstracción [1] que se pueden trabajar dentro del área de la
electrónica han generado lenguajes de descripción de hardware permitiendo diseñar y
proponer rápidamente soluciones para las problemáticas que se pretendan resolver. VHDL
es uno de estos lenguajes y permite por ejemplo el diseño deestructuras de componentes
sin necesidad de conocer los detalles específicos de una implementación a nivel de
dispositivos o discreta.
En esta práctica se usará este lenguaje para apreciar sus virtudes al diseñar uno de
los componentes más importantes dentro del microprocesador: la Unidad Aritmético Lógica
ALU, que en este caso será de únicamente 1 bit.
El conocimiento de estos lenguajes dedescripción de hardware permitirá al
estudiante adaptar, aplicar y crear programas para mejorar métodos y procesos dentro del
área de sistemas digitales. Así mismo podrá evaluar a través de la simulación y de su
implementación en tarjetas FPGA, la validación de las propuestas realizadas para proyectos
científicos y/o tecnológicos.

2. Objetivos
General:
•

Diseñar y simular una unidad lógicoaritmética

Particulares:

1. ALU de 1 bit

•
•

Implementar en el simulador una ALU de 1 bit
La ALU incluye 4 operaciones lógicas y 2 aritméticas

3. Planteamiento del problema y/o Especificaciones del Sistema
En esta práctica se solicita el desarrollo de una ALU de 1 bit que incluya las
operaciones de AND, OR, INV, XOR, ADD y SUB (usando el complemento en base 2)

Figura 1.- Sumador a1 bit y su tabla de verdad
Debido a que una ALU puede efectuar una gran cantidad de operaciones se tendrá
que emplear un multiplexor que permita seleccionar una operación en particular. En el caso
de esta ALU sólo se han solicitado 6 operaciones por lo cual un multiplexor con 3 líneas es
suficiente.

4. Marco Teórico
En base a lo anteriormente presentado se plantean las siguientes preguntasdetonadoras para su investigación, análisis, discusión y respuesta por parte de los
integrantes del equipo realizador de la práctica usando referencias formales (artículos,
libros, páginas de Internet serias, etc)
Preguntas detonadoras:
-

¿Cuántos operandos incluye una ALU en el procesador MIPS?
¿Es posible implementar una ALU de 4 bits usando este esquema de 1 bit?
Mencione lasventajas de un lenguaje de descripción de hardware VHDL y
compárelo con otros
¿Es posible implementar y simular un microprocesador en un FPGA?

1. ALU de 1 bit

Se hará uso del trabajo colaborativo para responder a estas preguntas y deberán estar
claramente especificado los roles de los participantes, considerando al menos los
siguientes:
- Facilitador. Su papel es moderar las reuniones,coordinar las actividades, supervisar la
marcha de la planeación.
- Recopilador. Lleva el registro de los acuerdos y resultados, organiza la documentación.
- Investigador. Realiza la investigación documental y referencia apropiadamente en el
documento.
Cada estudiante participante responderá a las preguntas detonadoras por
escrito de manera individual y el estudiante facilitador deberá moderar ladiscusión para que el equipo llegue a acuerdos para responder las mismas
preguntas pero ahora como equipo.

5. Desarrollo del Experimento o Sistema
Equipo necesario:
Simulador VHDL para Windows (Xilinx ISE 10.1)
Computadora PC de escritorio o Laptop con sistema operativo Windows
1.- Diseñar y simular una ALU de 1 bit basado en las características de la figura 2,
donde se muestran lasseñales de entrada, acarreo y selección, junto con el código de
selección propuesto para cada una de las operaciones.

Figura 2.- Entidad de una ALU y código de selección

1. ALU de 1 bit

En las actividades donde se plantean soluciones por parte de los participantes se
debe procurar que cada estudiante del equipo aporte y escriba una alternativa y el estudiante
facilitador deberá...