PRÁTICA 07 - UNIDADE LÓGICA ARITMÉTICA

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OBJETIVOS

Realizar a montagem de uma ULA de 4 bits

Material Necessário:

Como se pode observar, à medida que a complexidade das operações matemáticas é maior os circuitos necessários aumentam. Isso ocorre também com o aumento do número de bits envolvidos na operação. Para solucionar esses problemas foram desenvolvidos circuito integrados capazes de realizar diversas operações lógicas e aritméticas, envolvendo palavras de 4 ou 8 bits.

Esse circuito é chamado de ULA - Unidade Lógica Aritmética (em inglês ALU - Arithmetic Logic Unit). Por esse nome também se designa o blocos interno responsável por operações lógicas e aritméticas em processadores e microcontroladores.

Uma ULA tipicamente tem duas palavras de entrada (4 ou 8 bits) e uma palavra de saı́da (4 ou 8 bits, respectivamente). A seleção da operação a ser realizada é feita através de entradas com esses fins. Adicionalmente, podem ser encontrados saı́das que indicam se o resultado é igual a zero, se houve estouro da capacidade de representação, comparação se os valores de entrada são iguais, qual o maior, etc.

Quando se trata de operações aritméticas, as palavras de entradas são consideradas como valores inteiros, isto é, internamente existe carry que o resultado de um bit influencie o resultado do seguinte. No caso das operações lógicas, os bits são tratados individualmente, respeitando-se apenas a posição dos bits nas duas palavras.

O circuito 74LS181N implementa uma ULA de 4 bits para duas entradas e uma saída. A operação e modo de funcionamento são selecionados com as entradas S, como representado a seguir:

Observe o exemplo de configuração apresentada:

$s_3s_2s_1s_0$ = 1001, $M=0$ : o circuito funciona como um somador

$s_3s_2s_1s_0$ = 1010, $M=0/1$ - o circuito funciona como uma operação lógica ou bitwise (aplicada em cada bit)

OBS: o Datasheet apresenta mais configurações de funcionamento da ULA.

PARTE 1 - CONEXÃO DA ULA

Conecte a ULA com 4 bits em cada operando (A e B) ligadas nas chaves, e as entradas seletoras S de forma a representar as palavras 0110, 1001, 1011 e 1110.

Observe as ligações no arquivo de simulação disponibilizado aqui.

Todas as entradas $A$ e $B$ são invertidas;
O barramento é multiplexado, para diminuir a quantidade de fios;
Carry In é representado pela entrada $C_n$;
As saídas $F_3F_2F_1F_0$ e o bit de carry out $C(n+4)$
O display exibe caracteres hexadecimais dispensando o circuito de driver, mas é exigida que a entrada esteja como barramento.
$M$ e $C$ são bits únicos, enquanto $A$, $B$ e $S$ são entradas de 4 bits.

Pós Laboratório - Relatório

1- Pesquise sobre como funciona uma ULA em um processador de 4 bits (ex.: Intel 4004);

2 - Escreva uma tabela verdade para cada configuração de entrada representada a seguir. Represente também a variável $C(4)$

Input A	Input B	M=0/ S=`0110`	M=0/ S=`1001`	M=0/ S=`1011`	M=0/ S=`1110`
`0101`	`1100`
`1111`	`0011`
`1011`	`1011`
`0100`	`0101`
`1000`	`0111`
`1010`	`0010`
`1100`	`1110`
`0001`	`1011`
`1001`	`1111`
`1011`	`0000`
`0101`	`0010`
`0100`	`1010`
`0011`	`0010`
`0010`	`1010`
`1011`	`1110`
`0101`	`0101`

3 - Agora mude a configuração M para alto (M=1) e represente a nova tabela:

Input A	Input B	M=1/ S=`0110`	M=1/ S=`1001`	M=1/ S=`1011`	M=1/ S=`1110`
`0101`	`1100`
`1111`	`0011`
`1011`	`1011`
`0100`	`0101`
`1000`	`0111`
`1010`	`0010`
`1100`	`1110`
`0001`	`1011`
`1001`	`1111`
`1011`	`0000`
`0101`	`0010`
`0100`	`1010`
`0011`	`0010`
`0010`	`1010`
`1011`	`1110`
`0101`	`0101`

4 - Explique para que servem as portas de saída $\overline{G}$, $\overline{P}$ e $A=B$. Em quais situações elas serão ativas?

5 - implemente uma circuito capaz de fazer operações em 8 bits utilizando duas ULAs.