Evaluación 1: Ejercicios
Introducción
En la actualidad, los sistemas digitales son muy utilizados y variados para diferentes tipos de aplicaciones las cuales en su mayoría son aplicadas en la industria y en mayor parte de los equipos electrónicos.
Es por esto que es necesario saber a grandes rasgos las aplicaciones,
y cómo funcionan los diferentes tipos de sistemas digitales, así
nosotros poder desarrollar la capacidad de aplicar y de poder trabajar con ellos
sin ningún tipo de dificultad.
Esencialmente, un microprocesador es un circuito de alta escala de integración (LSI),
compuesto de muchos circuitos más simples como son los Fip-flops, contadores, registros,
decodificadores, comparadores, etc; todos ellos en una misma pastilla de silicio,
de modo que el microprocesador puede ser considerado un dispositivo lógico
de propósito general o universal. Todos estos componentes que llevan
a cabo físicamente la lógica y operación del
microprocesador se denominan el hardware del microprocesador.
Además existe una lista de instrucciones que puede realizar o acciones que
puede llevar a cabo el micro. Éstas constituyen el lenguaje del
microprocesador o software.Es por esto que a continuación le presentamos
el siguiente trabajo, destinado a comprender de mejor manera las distintas funciones
y aplicaciones de los contadores.
Marco teórico
SUMADOR
Sumador>es un circuito lógico calcula la operaciónma.
En los computadores modernos se encuentra en lo que se denominaծidad aritmético
lógica). Generalmente realizan las operaciones aritméticas
e oacute;digo binario decimal BCD exceso 3, por regla general los sumadores
emplean el೩stema binario. En los casos en los que se esté empleando
un complemento a dosడra representar números negativos el sumador se
convertirá en un sumador-substractor (Adder-subtracter).
Las entradas son A,B,Cin que son la entradas de bits A y B, y Cin es
la entrada de arreo. Por otra parte, la salida es S y Cout es la salida de
acarreo.
Ejercicio 1:
COMPARADORES
Los circuitos comparadores son sistemas combinacionales que comparan la magnitud de dos números binarios de༥m>n༯em>bits e indican cuál de ellos es mayor, menor o sí existe igualdad entre ellos. Existen varias configuraciones de circuitos de un nivel sencillo a uno más complejo para determinar relaciones de magnitud.
Salida A=B
Los dos números son iguales si todos los números del mismo peso son iguales, es decir>A3=B3,>A2=B2,༥m>A1=B1 m>y m>A0=B0.
La igualdad de los números>Ai em>y༥m>Bi em>se determina comparando los coeficientes según el valor >0m>óm>1 em>para los dos bits. En la comparación se emplea la variable yi. Esta variable binaria es igual a>1 >si los números de entrada>Ae>y>B em>son iguales, de lo contrario será igual a>0.em>Por consiguiente, la comparación de dos bits en la posición i de un número, está dada por:
yi =Bi) = Ai Ai"" =iem>ŠBi)'
Por ejemplo, sí>A3>= 1 ym>B3= 1; y3 rá igual a y3m>= A3 A"3quot;3+ 1= 1em>pero sím>A3 em>= 1 ym>B3= 0; y3 m>= A3A"3 quot;31+ 0= 0.em>La comparación se realiza para el resto de los coeficientes༥m>Ai Bi.em>El número>A em>será igual a m>B em>sí se cumple la condición yi=1 para todos los coeficientes, es decir una operación༥m>AND:
(A=B) = y3
La variable binaria༥m>A=B༯em>es igual a༥m>1༯em>solamente si todos los pares de dígitos de los números son iguales. En todo caso, se desea que si A=B, la salida sea 0, y solo encienda cuando A y B son diferentes, por lo que la salida debe ser negada.
Salidas A
La comparación en este caso se comienza desde el bit más
significativo. Los dígitos se comparan uno a uno y si estos son iguales
se prueba con el siguiente par de bits menos significativos. La comparación
continua hasta que se encuentra un par de dígitos desiguales. En la posición
donde se encuentre que m>A em>es igual a m>0 em>y༥m>B em>igual am>1em>entonces m>ALa
función correspondiente a cada salida es:
(AA = A31001 y B =
B31011.
El valor de las variables yi:
y3(A3=B3) = (1)) + (0)) = 1 ;
y2=B2) = (0)) + (1)) = 1 ;
y1(A1=B1) = (0)) + (1)) = 0 ;
y0(A0=B0) = (1)) + (1)) = 1.
Las ecuaciones son:
(A
El problema que se encuentra en los contadores de rizo es
ocasionado por los retrasos acumulados en la propagación de los flip-
flops dicho de otra manera no todos los flip- flops cambian en sincronía
con los pulsos de entrada. Estas limitaciones pueden superarse con el uso de
contadores síncronos o paralelos, en el que todos los flip flops se disparan
en forma simultanea (en paralelo) por medio de los pulsos de reloj. Ya que los
pulsos de entrada se aplican a todos los flip- flops debe utilizase algún
medio para controlar cuando un flip- flops se dispare o permanezca inalterado
por un pulso de reloj. Esto se logra utilizando la entradas J y K que en la
siguiente figura para un contador MOD 16 de 4 BIT.
CONTADOR SÍNCRONOS DESCENDENTES Y ASCENDENTES.
Los contadores ascendentes / descendente (up/down) también llamados
contadores bidireccionales; son capaces de avanzar en cualquier sentido a lo
largo de una secuencia definida y puede invertir su conteo en cualquier punto
de su secuencia.
En el diagrama lógico se muestra un contador ascendente / descendente
síncrono binario de tres bits diseñado a partir de flip- flops
J- K en configuración toggle con disparo por borde de subida. Debido
a que posee tres flip- flops, su ciclo básico se compone de ocho estados
que van desde cero (000) hasta siete (111) en forma secuencial y repetitiva.
Ejercicio 4:
MULTIPLEXORES
Un multiplexor es un circuito combinacional con 2n líneas de entrada
de datos, 1 línea de salida y n entradas de selección. Las entradas
de selección indican cuál de estas líneas de entrada de
datos es la que proporciona el valor a la línea de salida.
También se pueden construir multiplexores con mayor número de
entradas utilizando multiplexores de menos entradas, utilizando la composición
de multiplexores. Estos son usados para el control de un flujo de información
que equivale a un conmutador. En su forma más básica se compone
de dos entradas de datos (A y B), una salida de datos y una entrada de control.
Cuando la entrada de control se pone a 0 lógico, la señal de datos
A es conectada a la salida; cuando la entrada de control se pone a 1 lógico,
la señal de datos B es la que se conecta a la salida…
El multiplexor es una aplicación particular de los decodificadores,
tal que existe una entrada de habilitación (EN) por cada puerta AND y
al final se hace un OR entre todas las salidas de las puertas AND.
La función de un multiplexor da lugar a diversas aplicaciones:
Selector de entradas.
Serializado: Convierte datos desde el formato paralelo al formato serie.
Transmisión multiplexada: Utilizando las mismas líneas de
conexión, se transmiten diferentes datos de distinta procedencia.Realización de funciones lógicas: Utilizando inversores y
conectando a 0 ó 1 las entradas según interese, se consigue
diseñar funciones complejas, de un modo más compacto que con
las tradicionales puertas.
Ejercicio 5:
Se crearon 4 multiplexores de 4 entradas de 2 bits cada una, por lo que replicando
este multiplexor 4 veces, se tiene uno de 16 entradas de 2 bits cada una.
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO UNIVERSAL
Un registro de desplazamiento universal tiene capacidad de entradas y salidas
paralelas y/o seriales. El 74HC194 es un ejemplo de registro de desplazamiento
bidireccional universal de 4 bits.
Diagrama de tiempo
Ejercicio 6:
Conclusión༯b>
El diseño de microprocesadores se estudiaba en las universidades de ingeniería con
miras a mejorar los diseños existentes. Hoy en día se prefiere
enseñar microprocesadores y arquitectura de computadoras desde el punto
de vista económico o cuantitativo, desde el punto de rendimiento-costo.
A mi parecer, no deja de ser importante aprender las bases principales del diseño
de microprocesadores ya que ello llevará a una mejor comprensión
de los lenguajes de programación, segmentación, computadoras
de procesadores paralelos, microcontroladores, etc.
Además, poder diseñar un microprocesador (o sus componentes)
como los que se desarrollan en este documento, nos conduce a conocer y comprender
uno de los secretos de la electrónica más interesante.
¿Cómo se procesa la información? ¿Cómo es
posible que una computadora me pueda desplegar imágenes, videos, texto,
entre otras cosas? Todas estas preguntas son el enigma de las computadoras y
los estudiantes de una ingeniería relacionada con la computación deben
de adentrarse, al menos de manera superficial, con las respuestas.
Bibliografía
1.- Arquitectura de computadoras. Morris Mano. Ed. Prentice Hall.
2.- Organización y arquitectura de computadoras. William Stallings.
Ed. Prentice Hall.
3.- Arquitectura de computadores: Un enfoque cuantitativo. Hennessy –
Patterson. Ed. McGraw Hill.
4. Fundamentos de Sistemas Digitales. Thomas Floyd. Ed. Prentice Hall
5. Sistemas Digitales: Principios y Aplicaciones. Tocci-Widmer. Ed. Prentice
Hall
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