PrácticaNo_1

PRÁCTICA NO. 1 EJECUCIÓN DE MICRO-OPERACIONES EN UNA COMPUTADORA CON ARQUITECTURA CLÁSICA. PROFESOR: ING. ELOY CADENA MENDOZA INTEGRANTES DEL EQUIPO:

IGNACIO LOYOLA CAMACHO N.C. 12320019 DANIEL AMIGON COUTTOLENC N.C. 12320002 ALLEN ARAUJO DEL TORO N.C. 11320502

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Índice.

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Introducción-------------------------------------------3 Marco teórico------------------------------------------4 Desarrollo de la práctica------------------------------8 Resultados, Gráficas, Cálculos, Dibujos, Diagramas.----11 Conclusión General.------------------------------------12 Anexos y Apéndices-------------------------------------13

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Introducción. Se conoce como Micro-operaciones a cada uno de los ciclos más pequeños e implica una serie de pasos, de los cuales involucra ciertos registros del Micro-procesador. Es una operación básica realizada sobre la información almacenada en uno o más registros (flip-flops). El resultado de la operación puede sustituir la información binaria anterior de un registro o puede transferirse a otro. Algunos Micros-operaciones son: desplazar, contar, borrar y carga. Por ejemplo un contador con carga paralela puede realizar las operaciones de incremento y carga; un registro de desplazamiento bidireccional puede realizar las Micro-operaciones de desplazamiento a la izquierda y a la derecha. El término transferencia de registros implica la disponibilidad de circuitos lógicos de hardware que pueden efectuar una Microoperación definida y transferir el resultado de la operación al mismo o a otro registro. Se conoce como Micro-operaciones a cada uno de los ciclos más pequeños e implica una serie de pasos, de los cuales involucra ciertos registros del Micro-procesador.

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Marco teórico. Arquitectura de Von Neumann La máquina de von Neumann. La tarea de cargar y modificar programas para el ENIAC era extremadamente tediosa. El proceso de programación podría ser más fácil si el programa se representara en una forma adecuada para ser guardado en la memoria junto con los datos. Entonces, un computador podría conseguir sus instrucciones leyéndolas de la memoria, y se podría hacer o modificar un programa colocando los valores en una zona de memoria. Esta idea conocida como concepto del programa-almacenado, se atribuye a los diseñadores del ENIAC, sobre todo al matemático John von Neumann, que era asesor del proyecto ENIAC. La idea fue también desarrollada aproximadamente al mismo tiempo por Turing. La primera publicación de la idea fue en una propuesta de von de von Neumann para un nuevo computador en 1945, el EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). En 1946 von Neumann y sus colegas empezaron, en el Instituto para Estudios Avanzados de Princenton, el diseño de un nuevo computador de programa-almacenado, que llamaron IAS. El computador IAS, no completado hasta 1952, es el prototipo de toda una seria de computadoras de propósito general. La figura 2.1 muestra la estructura general del computador IAS. Esta consta de:    

Una memoria principal que almacena tanto datos como instrucciones. Una unidad aritmético-lógica (ALU) capaz de hacer operaciones con datos binarios. Unida unidad de control que interpreta las instrucciones en memoria y provoca su ejecución. Un equipo de entrada salida (E/S) dirigido por la unidad de control.

Esta estructura fue esbozada en la primera proposición de von Neumann.

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Descripción de los dispositivos del circuito electrónico. Circuito 74LS116: Este tipo de dispositivos se utiliza para el almacenamiento de los datos, es decir, los registros. Para Generar este tipo de almacenamiento de datos, es necesario utilizar circuitos integrados 74LS116, que no son otra cosa que registros, se utilizan para el almacenamiento temporal de los datos. La principal función de ellos los datos, con consecuencia del estado decir que es lo que debe nuestras necesidades.

este dispositivo es poder almacenar en la característica de no perderlos a del bus, sino que el nosotros podamos de contener el registro y modificarlo a

Circuito 74LS181: Este dipositivo corresponde a la Unidad Aritmética Lógica, que es la encargada de realizar cualquier tipo de operaciones tanto aritméticas como lógicas. Los datos con los cuales se realizan operaciones, en este caso, están almacenados en registros que tienen conexión directa con la Unidad Aritmetica Logica. Es importante aclarar que la Unidad Aritmética Lógica es un circuito combinacional es decir el estado de su salida depende estrictamente del estado de sus entradas, además no es ella quien realiza los desplazamientos, para lo cual, se debe de implementar en el circuito otro tipo de dispositivo. Otro punto importante, es que la ALU puede trabajar de dos modos en donde sus entradas y salidas en alto ó bien entrads y salidas bajo, se recomienda trabajar en modo de entradas y salidas en alto, ya que es mas entendible y fácil de utilizar, mientras que el otro modo de entradas y salidas en bajo, cambia totalmente la forma de introducir los datos, y la salida de los mismos. La principal funcion de la ALU es el de realizar operaciones tanto ariméticas ó logicas con los contenidos de los registros.

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Circuito 74LS194: Este dispositivo corresponde al acumulador, cuya implementacion en el circuito es necesario, ya que como su nombre lo indica almacena temporalmente un registro de datos, en este caso, el acumulador almacena temporalmente el registro de datos de la salida de la ALU, es decir almacena los resultados de las operaciones según la configuración de la ALU. Además, es el responsable de realizar cualquier tipo desplazamientos (izquierda/derecha), para las operaciones multiplicar ó dividir entre 2.

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La principal función del acumulador, como su nombre lo indica, es almacenar temporalmente un registro de datos, además es el encargado de realizar los desplazamientos hacia la izquierda o hacia la derecha. Para realizar los desplazamientos es necesario analizar su tabla de verdad para configurar sus entradas, y de ese modo realice la función que deseamos. Circuito 74LS244: Este dispositivo corresponde al circuito de tercer estado, que es indispensable en circuitos en donde se utilizan más de una línea, con el objetivo de activar una línea a la vez y no existan problemas de pérdidas de datos o desvío de los mismos, consecuentes de no administrar dichas líneas. Este circuito es un claro ejemplo debido a que el bus utilizado en “bus común”, lo que significa que el bus pueden direccionarse a encuentre conectado en él.

de utilizar más de una línea, donde viajan los datos, es un los datos que se encuentran en cualquier dispositivo que se

Para tener un control del direccionamiento de estos datos, al transferirlo de cualquier dispositivo a otro, es necesario primero colocarlos en el bus, y posteriormente direccionarlo al registro destino. Por ejemplo, en la lectura y escritura de datos en la memoria, es necesario activar las líneas de lectura o escritura correspondiente a la acción que deseamos realizar, pero se activará una línea a la vez, para evitar inconsistencia de datos y por ende perdida de los mismos.

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Desarrollo de la Práctica. Para el desarrollo de está práctica el profesor nos hizo buscar e imprimir las hojas de datos de los circuitos 74LS116, 74LS181, 74LS194, 74LS74 y del circuito 74LS244 (estos circuitos están anexados). Teniendo en mano las hojas de datos impresas, nos tocaba ahora averiguar cuantos circuitos integrados de los ya mencionados ibamos a ocupar de cada uno de ellos. La lista de los circuitos integrados fue la siguiente: (3) 74LS116 (2) 74lS244 (1) 74ls181 (1) 74LS194 (1) 74LS74 Cabe Mencionar que los circuitos mencionados anteriormente, son de tecnologia TTL por lo cual trabajan a 5 volts. Ahora el siguiente paso fue probar cada circuito integrado, primero empezamos por el circuito 74116 este tiene 4 datos de entrada que van desde el D1 hasta el D2 y con sus respectivas salidas que van desde Q1 hasta Q2. Entonces en las entradas de datos del 47LS116 D1 hasta D4 metimos nuestro numero en binario(4 bits) y lo visualizamos en las salidas Q1 hasta Q4. Para visulizar la entrada y salida del numero en binario usamos LED’S. Cabe mencionar que este C.I. tiene 3 líneas Activadoras |CLEAR |C1 y |C2 (todos negados) que tuvimos que configurar para que nos almacenra el dato. El segundo circuito a probar fue el 72LS244 este nos sirve para el direccionamiento confiable de los datos. La principal función del circuito de tercer estado es la de administrar las líneas, en este caso las que se encuentran asociadas al bus, y a la memoria.

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Ya teniendo configurados el C.I. 74LS116 y el C.I. 74LS244 lo pasamos a conectar a un BUS de Datos. Para la improvisacion de un BUS de datos usamos las dos orillas de una protoboard, como se muestra en la imagen siguiente:

Ya teniendo los datos en el BUS lo pasamos a la ALU que es el C.I 74LS181, entonces procedemos a configurar la ALU, en este caso la configuramos para que hiciera una la operación de suma. Bueno ya teniendo el numero en binario en la ALU lo guardamos en una acumulador temporal C.I. 74194 ya que como su nombre lo indica almacena temporalmente un registro de datos, en este caso, el acumulador almacena temporalmente el registro de datos de la salida de la ALU, es decir almacena los resultados de las operaciones según la configuración de la ALU. Este resultado lo mandamos a un C.I. 74LS244 y de ahí visualisamos con LEDs el primer numero en binario. Para introducir el segundo numero en binario se usa el mismo procedimiento lo unico que cambia es que tenemos que usar otro C.I. 74LS116. En la imagen circuito:

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Resultados, Gráficas, Cálculos, Dibujos, Diagramas. Bueno nuestra operación a realizar fue la de una suma con acarreo. Suma con Carry: 0101(5d)+0011(3d)= 1001(9d) Esto nos arrojo como resultado 1001(9d) ya que nos da 9 por la suma del acarreo. Esta suma hizo que se prendiera el LED de acarreo de la ALU. Una observacion que hicimos es que para que la ALU te de la suma con Carry esta linea de control debe de estar en bajo. Quien sabe porque paso eso ya que el datasheet nos decia que debia de estar en Alto. Suma sin Carry: 0100(4d)+1010(10d)=1110(14d) Tambien hicimos una operación de suma que nos diera por resultado 16d por ejemplo sumamos 8d+8d y nos dio como resultado 0000 con un acarreo.

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Conclusión General. En esta primera práctica aprendimos sobre el funcionamiento basico de una computadora a traves de la arquitectura Von Neumann. Aprendimos que los datos primero se introducen en una memoria o registro temporal ya de ahí viajan por un BUS de datos, hasta llegar a la ALU. La ALU realiza las operaciones correspondientes y te manda el dato procesado a un salida. Como ya mencionamos, para el armado del circuito necesitamos: Registros: 74LS116. ALU: 74LS181. Acumulador: 74LS194. Circuito de tercer estado: 74LS244. Flip Flop tipo D: 74LS74. Led´s, para visualizar el recorrido que hacen el conjunto de datos. Las Líneas de +5V y GND. La Líneas de datos que constituyen el bus del sistema. Switch controlados desde teclado para manejar las unidades de control. Las unidades de control, son por ejemplo, el clock, los modos de selección de las ALU, el tipo de desplazamiento del acumulador, se llaman unidades de control debido a que a partir del estado de estás, el dispositivo actúa de una forma ú otra. Con las líneas de control, se pueden configurar los dispositivos electrónicos del esquema para que realice las funciones que esperamos de él. Las unidades de control dependen del tipo de dispositivo electrónico con el que se esté trabajando, para ello es necesario, analizar la tabla del verdad del dispositivo electrónico con el cual se trabaja.

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Anexos y Apéndices.

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74LS194.

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