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Unidad aritmético lógica




Enviado por Pablo Turmero



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    Contenido
    Introducción
    Operaciones lógicas: desplazamientos lógicos
    Operaciones aritméticas: multiplicación y división
    Multiplicación
    Sin signo: suma desplazamiento
    Sin signo: sumas y restas
    Con signo: Algoritmo de Booth
    División
    Con restauración
    Sin restauración
    Coma flotante

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    La ALU dentro del computador

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    Operaciones lógicas: desplazamientos

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    Operaciones aritméticas: multiplicación y división
    La operación básica es la suma, que se supone conocida en este curso

    También se suponen conocidos los multiplicadores paralelo de tipo combinacional

    En este tema se estudian los algoritmos para realizar las operaciones desde el punto de vista de la arquitectura, centrados en la multiplicación y la división

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    MULTIPLICACIÓN BINARIA SIN SIGNO: SUMA DESPLAZAMIENTO

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    Fundamentos
    Se multiplica cada bit del multiplicador, empezando por el menos significativo, por todos los bits del multiplicando
    Si es 0, el resultado es 0
    Si es 1, el resultado es el multiplicando
    Cada vez que se considera un nuevo bit del multiplicador, se desplaza hacia la izquierda una posición el nuevo producto y se añade a la suma parcial acumulada
    La última suma parcial será el resultado

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    Ejemplo
    0 1 1 0
    1 0 0 1
    0 1 1 0
    inicial
    0 0 0 0
    0 0 0 0
    0 0 1 1 0
    0 0 0 1 1 0
    x
    Primera suma parcial acumulada
    Segunda suma parcial acumulada
    Ultima suma parcial acumulada (RESULTADO)
    0 0 1 1 0 1 1 0
    6×9=54
    0 1 1 0

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    IDEA BÁSICA
    Hay que sumar las sumas acumuladas con el multiplicando DESPLAZADO A LA IZQUIERDA cuando el LSB del multiplicador sea 1.
    EN LUGAR DE DESPLAZAR A LA IZQUIERDA EL MULTIPLICANDO, SE DESPLAZAN A LA DERECHA LAS SUMAS PARCIALES

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    Necesidades
    El producto de un número binario de n bits con otro de m bits necesita m+n bits
    Sea A el multiplicador y B el multiplicando
    En el caso de que m=n, se necesitan dos registros iguales para almacenar el resultado
    Sean R3 y R4 los registros donde se va almacenando el resultado

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    Arquitectura
    (Gp:) C
    (Gp:) R2
    (Gp:) R4
    (Gp:) R3
    (Gp:) R1
    (Gp:) CON
    (Gp:) Contador

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    Algoritmo Suma Desplazamiento
    Se inicializan a 0 el contador de bits del multiplicador y el registro R3
    Se carga R1 con el multiplicando A y R2 con el multiplicador B
    Se analiza el LSB de R2
    Si es 1, se suma R1+ R3 y el resultado se deja en R3
    Si es 0, se suma R1 + 0 (es decir, no se hace nada) y el resultado se deja en R3
    Se incrementa el contador
    Se produce un desplazamiento aritmético (con extensión de signo) de una posición hacia la derecha del conjunto C-R3-R4
    Se realiza una rotación circular a derecha de R2
    Se mira si el contador ha llegado hasta el final
    En caso negativo se repite el proceso, volviendo a preguntar por el LSB de R2
    En caso afirmativo se finaliza el proceso y el resultado está en C-R3-R4

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    Inicio, R3?0, Cont?0
    R1?A R2?B
    R20?
    R3? R3+R1
    Incrementa
    contador
    C-R3-R4
    desplaza
    derecha
    R2 rota circul
    Cont?
    Fin
    1
    0
    NO
    SI
    SUMA DESPLAZAMIENTO

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    Ejemplo
    Multiplicar A=0110 por B=1001
    El resultado debe ser 6×9=54 (en binario 0011 0110)
    (Gp:) C
    (Gp:) R2
    (Gp:) R4
    (Gp:) R3
    (Gp:) R1
    (Gp:)
    (Gp:) Contador

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    Inicialización
    Se carga A en R1 y B en R2.
    Se pone a 0 el registro R3 y el contador
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1001
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0
    (Gp:) Contador

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    Comprobación de R20 y acción
    Como el LSB de R2 es 1 se suman R3 + R1 y se deja el resultado en R3
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1001
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0
    (Gp:) Contador

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    Incremento contador
    Se incrementa el contador en una unidad
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1001
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

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    Desplazamiento a derecha
    Se desplaza el conjunto C-R3-R4 una posición a la derecha
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

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    Rotación circular de R2
    El registro R2 rota a la derecha de forma circular
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1100
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

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    ¿Ha llegado al final?
    Comprueba que el contador no es 4 y repite el bucle
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1100
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

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    Como el LSB de R2 es 0 se suman R3 + 0, es decir, NO hace nada, y se deja el resultado que había en R3

    (Gp:) 0
    (Gp:) 1100
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

    Comprobación de R20 y acción

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    Incremento contador
    Se incrementa el contador en una unidad
    (Gp:) 0
    (Gp:) 1100
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 2
    (Gp:) Contador

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    Desplazamiento a derecha
    Se desplaza el conjunto C-R3-R4 una posición a la derecha

    (Gp:) 0
    (Gp:) 1100
    (Gp:) 10XX
    (Gp:) 0001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 2
    (Gp:) Contador

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    Rotación circular de R2
    El registro R2 rota a la derecha de forma circular
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 10XX
    (Gp:) 0001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 2
    (Gp:) Contador

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    ¿Ha llegado al final?
    Comprueba que el contador no es 4 y repite el bucle
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 10XX
    (Gp:) 0001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 2
    (Gp:) Contador

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    Como el LSB de R2 es 0 se suman R3 + 0, es decir, NO hace nada, y se deja el resultado que había en R3

    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 10XX
    (Gp:) 0001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 2
    (Gp:) Contador

    Comprobación de R20 y acción

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    Incremento contador
    Se incrementa el contador en una unidad

    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 10XX
    (Gp:) 0001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 3
    (Gp:) Contador

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    Desplazamiento a derecha
    Se desplaza el conjunto C-R3-R4 una posición a la derecha
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 110X
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 3
    (Gp:) Contador

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    Rotación circular de R2
    El registro R2 rota a la derecha de forma circular

    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 110X
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 3
    (Gp:) Contador

    Monografias.com

    ¿Ha llegado al final?
    Comprueba que el contador no es 4 y repite el bucle
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 110X
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 3
    (Gp:) Contador

    Monografias.com

    Como el LSB de R2 es 1 se suman R3 + R1 y se deja el resultado en R3
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 110X
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 3
    (Gp:) Contador

    Comprobación de R20 y acción

    Monografias.com

    Incremento contador
    Se incrementa el contador en una unidad

    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 110X
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 4
    (Gp:) Contador

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    Desplazamiento a derecha
    Se desplaza el conjunto C-R3-R4 una posición a la derecha
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 4
    (Gp:) Contador

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    Rotación circular de R2
    El registro R2 rota a la derecha de forma circular

    (Gp:) 0
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 4
    (Gp:) Contador

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    ¿Ha llegado al final?
    Comprueba que el contador es 4 y acaba.
    El resultado está en el registro R3 seguido de R4
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0011
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 4
    (Gp:) Contador

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    Otro ejemplo
    Multiplicar A=1001 por B=0110
    El resultado debe ser 9×6=54 (en binario 0011 0110)
    (Gp:) C
    (Gp:) R2
    (Gp:) R4
    (Gp:) R3
    (Gp:) R1
    (Gp:) Contador

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    Inicialización
    Se carga A en R1 y B en R2.
    Se pone a 0 el registro R3 y el contador
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 0
    (Gp:) Contador

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    Como el LSB de R2 es 0 se suman R3 + 0, es decir, NO hace nada, y se deja el resultado que había en R3

    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 0
    (Gp:) Contador

    1001
    0110
    00000
    Comprobación de R20 y acción

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    Incremento contador
    Se incrementa el contador en una unidad
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) XXXX
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

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    Desplazamiento a derecha
    Se desplaza el conjunto C-R3-R4 una posición a la derecha
    (Gp:) 0
    (Gp:) 0110
    (Gp:) 0XXX
    (Gp:) 0000
    (Gp:) 1001
    (Gp:) 1
    (Gp:) Contador

    1001
    0110
    00000
    00000 0

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