Práctica de Problemas N o 3

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1 Práctica de Problemas N o 3 Registros y Lógica MSI Ejercicio 1 Se desean comparar dos palabras de 4 bits a = a 3 a 2 a 1 a 0 b = b 3 b 2 b 1 b 0 Diseñe un circuito combinacional que produzca una salida en activo alto (1) cuando: a) a = b b) a b c) a > b d) a < b Ejercicio 2 Se desean sumar dos palabras de 4 bits. Para ello se requiere: a) Implementar un circuito semi-sumador de 1 bit. Este circuito debe tener 2 entradas (operandos) y 2 salidas (resultado y carry). b) Implementar un circuito sumador-completo de 1 bit. Este circuito, a diferencia del anterior, toma tres entradas (operandos y carry) y produce 2 salidas (resultado y carry). c) A partir del circuito implementado en el inciso anterior, construya un sumador de 4 bits. Suponga que sólo dispone de ese tipo de bloque. Realice las interconexiones necesarias. Ejercicio 3 En la mayoría de la unidades aritmético-lógicas (ALU) de los microprocesadores (ver Figura 1), el resultado de cada operación aritmética también se usa para controlar los estados de varios flip-flops especiales llamados banderas (flags). Estas banderas las usa el microprocesador cuando está tomando decisiones al ejecutar determinado tipo de órdenes. Las tres banderas más comunes son: S (bandera de signo): Este FF está en el mismo estado que el signo del último resultado generado por la ALU. Z (bandera de cero): Esta bandera se establece a 1 cuando el resultado de una operación de la ALU es exactamente cero; de otra forma, se establece a 0. C (bandera de carry): Este FF siempre está en el mismo estado que el carry del MSB de la ALU. Figura 1: Gráfico esquemático de una ALU. A y B son operandos; F es una entrada de control; R es el resultado y D son las banderas generadas En base a una ALU genérica de 4 bits, diseñe un circuito combinacional que genere estas salidas. 1 Laboratorio de Sistemas Digitales

2 Ejercicio 4 Al trabajar con microcomputadoras a menudo es necesario mover números binarios de un registro de 8 bits a uno de 16 bits. Considere los números y , que representan 73 y -82 en complemento a 2. a) Determine las representaciones de 16 bits para estos números decimales. b) Compare las representaciones de 8 y 16 bits ambos números. Infiera una regla general que se pueda usar para convertir con facilidad representaciones de 8 bits a 16 bits. Nota: Tenga en cuenta el bit de signo de la representación de 8 bits. Ejercicio 5 Mientras examina el diagrama de una cierta pieza de equipo, a menudo un técnico o ingeniero encuentra un circuito integrado (CI) con el que no está familiarizado. En esos casos, con frecuencia es necesario consultar la hoja de datos del CI del fabricante para buscar las especificaciones del dispositivo. La información en las hojas de datos del CI siempre está completa, pero a veces es difícil de entender, en especial si se trata de alguien con poca experiencia. Este problema le proporcionará experiencia para obtener información acerca de un CI muy complejo, el registro de desplazamiento bidireccional universal Busque las hojas de datos en internet sobre este dispositivo para responder a las siguientes preguntas. Fundamente sus respuestas. a) Es asincrónica o sincrónica la entrada CLR? b) Verdadero o Falso: cuando el CLK está en BAJO, los niveles S 0 y S 1 no tienen efecto en el registro. c) Suponga las siguientes condiciones: Q A Q B Q C Q D = 1011 ABCD = 0110 CLR = 1 SRSER = 0 SLSER = 1 Si S 0 = 0 y S 1 = 1, cuáles serán las salidas del registro después de un pulso CLK? Después de dos? De tres? De cuatro? d) Use las mismas condiciones, excepto S 0 = 1 y S 1 = 0, y repita el inciso c). e) Repita el inciso c) con S 0 = S 1 = 1. f) Repita el inciso c) con S 0 = S 1 = 0. g) Use las mismas condiciones que en el inciso c), pero suponga que la salida Q A está conectada a SL SER. Cuáles serán las salidas de los registros después de cuatro pulsos CLK? h) Muestre cómo conectar este CI para que funcione como contador de anillo, que cuente a tavés de la siguiente secuencia Q A Q B Q C Q D : 0001, 0010, 0100, 1000 y repita. Ejercicio 6 a) Defina AND-cableada. b) Qué es una resistencia de pull-up? c) Qué tipos de salidas TTL se pueden conectar juntas con seguridad? d) Qué es contención de bus? Ejercicio 7 En la Figura 2 se muestra cómo se pueden usar dos búferes de tres estados para construir un emisor-receptor bidireccional, que permite transmitir datos en cualquier dirección (de A a B, o bien de B a A). Describa la operación del circuito para los dos estados en la entrada DIRECCIÓN. 2 Laboratorio de Sistemas Digitales

3 Figura 2: Conexión de búferes de tres estados. Ejercicio 8 Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Justifique su respuesta. a) Un dispositivo conectado a un bus de datos debe tener salidas de tres estados. b) La contención de bus ocurre cuando más de un dispositivo toma datos del bus. c) Se pueden transferir mayores unidades de datos sobre un bus de datos de 8 líneas que sobre uno de 4 líneas. d) Un circuito integrado excitador de bus por lo general tiene una impedancia de salida alta. e) Los registros bidireccionales y los búferes tienen líneas I/O comunes. Ejercicio 9 Con base en la configuración de bus de la Figura 3, describa los requisitos de la señal de entrada para transferir simultáneamente el contenido del registro C a los otros dos registros. Ejercicio 10 Suponga que los registros de la Figura 3 inicialmente son [A] = 1011 [B] = 1000 [C] = 0111 Las señales de la Figura 4 se aplican a las entradas de los registros. a) Determine el contenido de cada registro en los tiempos t 1, t 2, t 3 y t 4. b) Describa qué pasaría si IE A fuera BAJO cuando ocurre el tercer pulso de reloj. Ejercicio 11 Suponga las mismas condiciones iniciales del Ejercicio 10 y bosqueje la señal en DB 3 para las formas de onda de la Figura 4. Ejercicio 12 Diseñe un oscilador 555 para producir una onda aproximadamente cuadrada de 40kHz. El capacitor C se debe mantener a 500 pf o más. 3 Laboratorio de Sistemas Digitales

4 Figura 3: Conexión de registros y un bus de datos. Ejercicio 13 Un oscilador 555 se puede combinar con FF JK para producir una onda perfectamente cuadrada (duty cycle de 50 %). Modifique el circuito del Ejercicio 12 para incluir un FF JK. La salida aún debe ser una onda cuadrada de 40kHz. 4 Laboratorio de Sistemas Digitales

5 Figura 4: Diagrama temporal. 5 Laboratorio de Sistemas Digitales