DISEÑO LOGICO DE CONTROL

DISEÑO LOGICO DE CONTROL:

La lógica de diseño de un sistema digital es un proceso para deducir los circuitos digitales que realizan datos de procesamientos y de circuitos digitales que suministran señales de control. Actualmente se utilizan sistemas asistidos por computador para automatizar este proceso, a pesar de todo el desarrollo del mismo y el análisis del sistema no puede ser automatizado y requieren del razonamiento mental del diseñador humano. Para ello se utilizan los algoritmos diseñados para representar de una manera secuencial y organizada la configuración del diseño lógico de una pieza del equipo.

 La lógica de control permite que todos los registros de un sistema digital se puedan controlar por medio de pulsos de un reloj maestro, los cuales se aplican a todos los flip-flop y los registros del sistema. Estos pulsos no cambian el estado de un registro a no ser que el registro se habilite por la señal de control.

CONTROL DE LA UNIDAD PROCESADORA:

        Se debe hacer provisión para incluir todas las variables de control posibles en el sistema y no solamente para controlar un ALU. El multiplexor y los bits seleccionados deben incluir todos los demás bits  de condición posibles que se quieran comprobar en el sistema. Para construir microprogramas correctos es necesario especificar exactamente como el bit de condición es afectado por cada micro-operación en el procesador. Los bits S (signo) y Z (cero) están afectados por todas las operaciones. Los bits C (arrastre) y V (sobrecapacidad) no cambian después de las siguientes operaciones del ALU:

1. Las cuatro operaciones OR, AND, OR-exclusiva y complemento.

2. Las operaciones de incremento y decremento.

       Para las demás operaciones, el bit de arrastre del ALU va al bit C del registro de condición. El bit C se afecta también después de un desplazamiento circular con operación de arrastre.

CONTROL A BASE DE COMPONENTES CONECTADOS:

      Consiste en el desarrollo de un algoritmo aritmético y de un método diferente para diseñar la lógica de control. En este método se desarrolla en primer plano un algoritmo, diseñado conjuntamente con la con la configuración de los materiales (Componentes) que conforma la parte procesadora del sistema.

EL DISEÑO LÓGICO  DE CONTROL

Es una descripción de los requisitos funcionales de un sistema. En otras palabras, es la expresión conceptual de lo que hará el sistema para resolver los problemas identificados en el análisis previo. A falta de este paso, los aspectos técnicos del sistema (como los dispositivos de hardware que deban adquirirse) con frecuencia oscurecen la solución.

El diseño lógico traduce los escenarios de uso creados en el diseño conceptual en un conjunto de objetos de negocio y sus servicios. El diseño lógico se convierte en parte en la especificación funcional que se usa en el diseño físico. El diseño lógico es independiente de la tecnología. El diseño lógico refina, organiza y detalla la solución de negocios y define formalmente las reglas y políticas específicas de negocios.

El diseño lógico incluye planear el propósito de cada elemento del sistema, sin relación con consideraciones de hardware y software. 

 CONTROL DE MICROPROGRAMAS

Control de microprogramas para procesadores de datos, que comprende: una memoria de los microprogramas para memorizar las microinstrucciones: un contador del microprograma que tiene una configuración binaria de salida y que dirige la memoria de los microprogramas; una memoria de direcciones de salto cuya salida está conectada a la entrada de control de la carga de datos; un primer multiplicador que presenta una pluralidad de entradas en cada una de las cuales se envía independientemente de la instalación, procesadora de datos, la información de que el evento considerado por esa entrada ha tenido lugar en el multiplicador es controlado por los bits previstos en cada microinstrucción y cuya salida está conectada a la entrada de control de carga de datos del contador y además a la entrada de conteo del contador mediante un circuito inversor: un segundo multiplicador que recibe sobre su entrada los bits de dirección de salto prevsitos en las microinstrucciones y en otra entrada, los bits de dirección de salto procedentes de un registrador de instrucción, caracterizada en que comprende un primer identificador para identificar el tipo de instrucción que debe seguirse en el futuro cuando se encuentra en fase de ejecución la última microinstrucción de la micro-rutina de operación de la instrucción anterior, este primer identificador es alimentado por controles de fuera de la instalación del procesado de datos y por los controles generados dentro de la instalación mediante una memoria de programa y la memoria de microprograma; y un segundo identificador para detectar simultaneamente ladirección de la microrutina y realizar la instrucción identificada, está segunda indentificación siendo alimentada por controles generados por la primera identificación y por controles generados por la memoria de microprograma.

CIRCUITOS DIGITALES

CIRCUITOS DIGITALES ARITMETICOS, LOGICOS:

          Dentro de la variada gama de circuitos digitales, tenemos los denominados circuitos aritméticos. Estos tienen como objetivo realizar operaciones aritméticas en formato binario o BCD, punto fijo o punto flotante. Dependiendo de la aplicación se utilizarán unos u otros.

Son dispositivos MSI que pueden realizar operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) con números binarios. De todos los dispositivos, nos centraremos en los comparadores de magnitud, detectores y generadores de paridad, sumadores y ALU’s; (El diseño MSI surgió gracias a los avances en la tecnología de integración. Estos avances abarataron los costes de producción, y permitieron el desarrollo de circuitos más generales.)

El diseño de los circuitos de combinación comienza con la descripción verbal del problema y termina en un diagrama de circuito lógico. El procedimiento comprende los siguientes pasos:

• Se enuncia el problema.

• A las variables de entrada y salida se les asignan símbolos de letras.

• Se deriva la tabla de verdad que define las relaciones entre entradas y salidas.

• Las funciones Booleanas simplificadas se obtienen para cada una de las salidas.

• Se dibuja el diagrama lógico.

UNIDAD LOGICA ARITMETICA:

En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

ESTRUCTURA BÁSICA DEL PROCESADOR

ESTRUCTURA BÁSICA DEL PROCESADOR

Un procesador, incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial, mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.

Los procesadores utilizan la segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. La segmentación de cauce se puede dividir en ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, cálculo de direcciones de operando, ejecución de instrucción y estructura del operando resultado.

A continuación se muestra cómo se organiza un procesador, para esto se tiene que considerar los siguientes requisitos:

Captar instrucciones: el procesador lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria principal).

Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es necesario.

Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de un módulo de  E/S.

Procesar datos: la ejecución e una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en el módulo de E/S.

Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción esta ejecutándose, en otras palabras el procesador necesita una pequeña memoria interna.

Figura 12.1 El procesador y el bus del sistema

En esta figura se muestra  una visión simplificada de un procesador, que indica su conexión con el resto de sistema, a través del bus del sistema. La ALU lleva a cabo el verdadero cálculo o procesamiento de datos. La unidad de control controla la transferencia de datos e instrucciones así a dentro y así afuera del procesador, y el funcionamiento de la ALU. Además la figura muestra una memoria interna mínima, que consta de un conjunto de posiciones de almacenamiento llamadas registros.

Figura 12.2 Estrucutra interna del procesador

En esta figura se indican los caminos de transferencia de datos y de la lógica de control, que incluye un elemento con el rotulo bus interno del procesador. También se muestran los elementos básicos típicos de la ALU. Hay que observar la similitud entre la estructura interna del computador en su totalidad y la estructura interna del procesador. En ambos casos hay una pequeña colección de elementos principales (computador: procesador, E/S, memoria; procesador: unidad de control, ALU, registros) conectados por caminos de datos.

 LA UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA

También conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.

Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.

Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno  puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU.

Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo copresor matemático 80387, y procesadores digitales de procesadores como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.

Unidad I

Diseño Lógico del procesador:

La unidad procesadora: Es aquella parte de un sistema digital o un computador digital que configura las operaciones en el sistema. esta compuesta por un número de registros y de funciones digitales que conforman microoperaciones aritméticas, lógicas, de desplazamiento y transferencia. la unidad de proceso se llama una unidad central del proceso o CPU, cuando se combina con una unidad de control que supervisa la secuencia de microoperaciones.

El número de registros de una unidad procesadora varía desde un registro procesador hasta 64 registros o más. algunos computadores antiguos vienen con un registro procesador solamente. en algunos casos un sistema digital puede emplear un registro procesador sencillo para propósitos especiales. sin embargo, como los registros y otras funciones digitales son de bajo costo cuando se construyen con circuitos integrados, todos los computadores recientes emplean un gran número de registros procesadores y canalizan la información entre ellos a través de buses comunes.

Una operación puede ser configurada en una unidad de proceso con una microoperación sencilla o con una secuencia de microoperaciones. por ejemplo la multiplicación de dos números binarios almacenados en dos registros puede ser configurada con un circuito combinacional que realiza la operación por medio de compuertas. Tan pronto como las señales se propagan  través de las compuertas, el producto estará disponible y puede ser trasferido a un registro de destino con un pulso de reloj sencillo. Alternativamente, la operación de multiplicación puede realizarse con una secuencia de microoperaciones de suma y desplazamiento. El método escogido para la configuración determina la cantidad y tipo de componentes de la unidad de proceso.

Todos los computadores, excepto los muy grandes y rápidos, configuran las operaciones participantes por medio de una secuencia de microoperaciones. De esta manera, el procesador necesita tener solamente circuitos que configuren las microoperaciones básicas simples tales como sumar y desplazar. Otras operaciones, tales como multiplicación, división y aritmética de punto flotante, se generan conjuntamente con la unidad de control. La unidad procesadora en sí se diseña para configurar microoperaciones básicas. La unidad de control se diseña para dar secuencia a las microoperaciones que no se incluyen en el conjunto básico.