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UNIVERSIDADE DE UBERABA5118534 - RENATHO SOUZA OLIVEIRA

LGICA ARITIMTICA E MEMRIA

UBERLNDIA, MG20145118534 - RENATHO SOUZA OLIVEIRA

LGICA ARITIMTICA E MEMRIA

Trabalho apresentado Universidade de Uberaba, como parte das exigncias concluso da disciplina de Sistemas Digitais e Microcontroladores, do 7 perodo do curso de Engenharia de Computao.

Professor: Kety Rosa de Barros.

UBERLNDIA, MG2014Resumo:

O presente trabalho apresenta os conceitos e caractersticas da unidade Lgica Aritmtica (ULA) que um bloco que executa operaes aritmticas e lgicas. Entre as operaes aritmticas que excuta, ela soma, subtrai, divide e determina se um nmero positivo ou negativo ou se zero. Ela pode tambm executar funes lgicas como "E", "OU" ou "OU EXCLUSIVO". A ULA um bloco bsico de um microprocessador ou CPU de um computador. Neste trabalho falaremos tambm sobre as memrias que so dispositivos que armazenam informaes codificadas digitalmente que podem representar nmeros, letras, caracteres quaisquer, comandos de operaes, endereos ou ainda outro tipo de dado, as memrias encontram seu grande emprego no campo da informtica, sendo utilizadas principalmente em computadores e perifricos.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Modelo Conceitual dos computadores atuais, baseados no Von Neumann8Figura 2 - Esquema Simplificado de uma ULA.9Figura 3 - Diagrama Simplificado da ULA 74181.10Figura 4 - Fluxo de dados de um circuito simples utilizando o 74181.12Figura 5 Execuo de Operaes ULA13Figura 6 Estrutura Geral e Organizao de uma memria15

LISTA DE TABELAS

Tabela 1- Descrio dos pinos da ULA 7418110Tabela 2 - Sinais e Operaes da ULA 74181.11

SUMRIO

1INTRODUO72Unidade Lgica Aritmtica (ULA)82.1Circuito Integrado 74181 uma ULA de 4 bits92.2Um Fluxo de Dados Simples utilizando a ULA 74181123MEMRIA133.1Caractersticas das Memrias143.2Capacidade de Memria164CONCLUSO17REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS18

INTRODUO

O computador uma mquina eletrnica capaz de realizar uma grande variedade de tarefas com alta velocidade e preciso, desde que receba as instrues adequadas. As tarefas so realizadas atravs da execuo de operaes lgicas aritmticas e tomada de decises. As instrues adequadas constituem os programas que dirigem o funcionamento do computador. O computador como sabemos constitui de parte fsica (hardware) e parte lgica (software).O Hardware o conjunto de todos os elementos fsicos que compe o computador (o equipamento propriamente dito). Software o conjunto de instrues que controla e orienta (instrui) o computador para execuo de tarefas. Toda mquina um sistema que um conjunto de componentes que realiza as funes de entrada processamento e sada, nesta ordem. Sistema de computao realiza processamento eletrnico de dados. A entrada de um sistema de computao corresponde ao conjunto dos dados necessrios para a realizao de uma tarefa.O processamento refere-se s modificaes realizadas sobre os dados de entrada e elaborao dos resultados, a sada corresponde ao conjunto de dados resultantes obtidos. A parte fsica que est dividida em 5 partes funcionais: unidades de entrada, unidades de sada, memria principal, memria secundria e unidade central de processamento (UCP). A UCP (ou processador) composta da unidade de controle (UC) e da unidade lgica e aritmtica (ULA). Os primeiros passos para que a arquitetura dos computadores fosse similar que conhecemos hoje foram dados pelo pesquisador Von Neumann. Especialista em cincias exatas e o matemtico mais eminente do mundo na poca, Neumann projetou o IAS, computador onde os dados eram representados de forma digital, com programao mais rpida e flexvel, visto que no seu projeto, programas e dados eram inseridos de forma binria na memria. Esse projeto pioneiro com o conceito de programa armazenado transformou o IAS na famosa mquina de Von Neummann. A concepo utilizada at hoje nos computadores e composta basicamente de 3 componentes: CPU (unidade central de processamento) composto de uma unidade de controle (UC), unidade lgico-aritmtica (ULA) e registradores; Memria Principal, onde os programas esto armazenados (que veremos em detalhes neste trabalho); Dispositivos de E/S, responsveis em transferir dados de dentro e fora do computador.Pontos Importantes: No projeto, o computador s trabalhava com nmeros inteiros. Neumann acreditava que qualquer matemtico poderia tratar ponto flutuante Utilizao do conceito de programas armazenados Execuo sequencial de instrues Funcionamento busca/decodificao/execuo Atualmente os computadores (a maior parte deles) utilizam uma arquitetura composta dos seguintes componentes vistos na figura 1.

Figura 1 - Modelo Conceitual dos computadores atuais, baseados no Von Neumann

Fonte: Elaborado pelo autor.

A ULA (Unidade Lgica Aritmtica) realiza um conjunto de operaes aritmticas e lgicas, e os tipos de memria so o alvo deste trabalho que veremos em detalhes a seguir.Unidade Lgica Aritmtica (ULA)

A Unidade Lgica e Aritmtica (ULA) um circuito combinatrio responsvel pela execuo de somas, subtraes e funes lgicas, em um sistema digital. Na figura 2 mostrado um esquema simplificado de uma ULA.

Figura 2 - Esquema Simplificado de uma ULA.

Fonte: Elaborado pelo autor.

A operao que deve ser executada com os dados de entrada (A e B) determinada pelos sinais de controle (S) e o resultado obtido na sada (F). Essas entradas podem ser nmeros ou uma informao codificada em binrio. A ULA gera, ento, uma funo de sada F.Uma ULA pode ser construda como uma cascata de vrios estgios idnticos. No existem regras de como projetar cada estgio da ULA. Em geral, a aplicao determina o circuito de cada estgio da ULA. A complexidade da ULA proporcional complexidade do sistema em que ser utilizada; assim, sistemas simples permitem o uso de ULAs simples e sistemas sofisticados exigem ULAs sofisticadas. Uma vez estabelecido o porte do sistema, existe tambm o compromisso entre velocidade e preo. Por exemplo, as calculadoras eletrnicas exigem ULAs que permitem operaes complexas, porm com velocidade de operao baixa, reduzindo-se o custo; j os computadores de grande porte exigem velocidade de operao elevada, aumentando o custo da ULA. Atualmente tm-se vrias alternativas de circuitos integrados que incluem uma ULA. Entre elas esto o 74181, 74381 e 74LS881. A seguir ser analisada uma ULA integrada, o circuito integrado 74181, para que possamos ver os princpios de funcionamento.Circuito Integrado 74181 uma ULA de 4 bits

O circuito integrado MSI 74181 uma ULA de 4 bits que tem possibilidade de executar 16 operaes aritmticas binrias e 16 operaes lgicas. A figura 3 apresenta um diagrama simplificado deste circuito integrado.

Figura 3 - Diagrama Simplificado da ULA 74181.

Fonte: Elaborado pelo autor.

As tabelas 1 e 2 a seguir apresentam a descrio dos pinos e as operaes da ULA, respectivamente.

Tabela 1- Descrio dos pinos da ULA 74181

Fonte: Elaborado pelo autor.

Tabela 2 - Sinais e Operaes da ULA 74181.

Fonte: Elaborado pelo autor.

As sadas G e T so os sinais "gerador de vai-um", correspondentes ao bit mais significativo e, utilizando-se o circuito integrado 74182, look-ahead carry generator, permitem a expanso da largura da palavra a ser manipulada.As operaes de subtrao so executadas em complemento de dois (C2). Por exemplo, (-1) representado por (1111). As operaes lgicas so executadas bit a bit.Por exemplo, se a operao AND aplicada s entradas A = 1011 e B = 0110, resulta F = 0010. O resultado de uma operao de comparao apresentado na sada A = B. Para tanto, deve-se executar a operao A - B - 1 com Cn = 1; se as duas entradas so iguais, a sada A = B toma o valor 1. Esta sada tem a configurao open-colector para que seja possvel implementar uma funo wired-and dentre duas ou mais sadas deste tipo pertencentes a diferentes ULAs, quando se deseja expandir a largura da palavra a ser manipulada.A sada Cn+4 representa o sinal de vai-um do ltimo bit da palavra. Ela pode ser usada para propagar o vai-um para o prximo estgio quando no h preocupao com a velocidade do circuito. O sinal Cn+4 tambm pode ser usado em conjunto com a sada A = B para indicar as condies A>B e A