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    Departamento de Ingeniería de Sistemas

    Arquitectura de computadores y laboratorio – 2023-2


    Laboratorio No. 1

    RESPONSABLES:
    Juan David Morales Muñoz CC 1.038.125.422
    Neiver Antonio Escobar Tapia CC 1.020.482.757

    John Byron Buitrago Paniagua


    DOCENTE

    Arquitectura de computadores
    Materia

    Universidad de Antioquia
    2023-2
    Introducción
    En el contexto del desarrollo de sistemas digitales, se plantea la emocionante tarea
    de crear un sistema digital altamente especializado que se dedique a la ejecución de
    operaciones matemáticas específicas. Este proyecto se convierte en una
    oportunidad única para poner en práctica y profundizar en los conocimientos
    adquiridos en clase sobre electrónica digital y diseño de circuitos.

    El núcleo de esta iniciativa está conformado por dos elementos fundamentales: una
    Unidad Lógica Aritmética (ALU) y una máquina de estados. Con el propósito de
    llevar a cabo este desafío, se ha seleccionado la herramienta de diseño Logisim
    Evolution v.3.7.2, que proporciona una extensa biblioteca de componentes y una
    plataforma versátil para la construcción de sistemas digitales.

    Para garantizar la eficacia del sistema, se incorporará la capacidad de visualizar el


    contenido de los elementos del arreglo de datos a través de displays de siete
    segmentos. Este componente permitirá una representación clara y legible de los
    resultados de las operaciones matemáticas.

    Este proyecto no solo ofrece un desafío técnico emocionante, sino que también
    representa una oportunidad valiosa para aprender, colaborar y aplicar conocimientos
    teóricos en un entorno práctico. El resultado final será un sistema digital funcional
    capaz de llevar a cabo la siguiente operación 10X, lo que demostrará la habilidad y
    la creatividad del equipo de trabajo en el campo de la electrónica digital.
    Objetivos
    Objetivo General:
    Desarrollar un sistema digital altamente especializado capaz de ejecutar
    operaciones matemáticas específicas, con un enfoque en la operación "10X",
    utilizando una Unidad Lógica Aritmética (ALU) y una máquina de estados en el
    entorno de diseño Logisim Evolution v.3.7.2. Este proyecto busca aplicar y
    profundizar los conocimientos adquiridos en clase sobre electrónica digital y diseño
    de circuitos, al tiempo que promueve la colaboración y la resolución de problemas
    prácticos.
    Objetivos específicos:
    Diseñar y Construir una ALU Personalizada: Crear una Unidad Lógica Aritmética
    (ALU) personalizada que tenga la capacidad de realizar la operación de
    multiplicación por diez (10X). Esto implica la implementación de operadores lógicos
    básicos, como AND, OR y NOT, para el cálculo eficiente de resultados matemáticos.

    Desarrollar una Máquina de Estados Finitos: Diseñar una máquina de estados


    finitos que coordine las operaciones de la ALU y controle el flujo de datos dentro del
    sistema. La máquina de estados que fue asignada al equipo de trabajo fue tipo T
    (flip-flop), con la operación 10X.

    Integración de Displays de Siete Segmentos: Configurar y conectar displays de


    siete segmentos al sistema digital para visualizar los resultados de las operaciones
    matemáticas de manera clara y legible.

    Realizar pruebas y simulaciones: Ejecutar pruebas exhaustivas y simulaciones


    para verificar el funcionamiento correcto del sistema, asegurando que la operación
    "10X" se realice con precisión y que los resultados se muestren de manera
    adecuada en los displays de siete segmentos.

    Documentar el Proyecto: Generar documentación completa que incluya


    diagramas, esquemas, descripciones detalladas de componentes y resultados de
    pruebas. Esto permitirá una comprensión clara del diseño y facilitará futuras mejoras
    o modificaciones.
    Análisis
    Situación problemática:

    Se desarrollará un sistema digital que realice operaciones matemáticas específicas,


    se realiza el envío de la información del grupo, y de acuerdo al número del grupo se
    obtuvo el 9 donde la operación a realizar es: 10X identificamos algunos
    componentes que se deberían tener en cuenta a la hora de realizar la operación
    matemática.
    Una vez identificado el ejercicio del laboratorio a realizar, abordamos el siguiente
    análisis. La operación 10X, se puede expresar como una suma sucesiva, que no
    depende del valor X, si no de la constante que acompaña a la X para este caso el
    valor de 10.
    De acuerdo a las reglas de negocio se identifica que para la variable X, va a tener
    un valor máximo de 2^4-1 = 15; y si realizamos la operación el resultado máximo
    que mostraría en pantalla es de 150.
    Nota: Por último y no menos importante, X va a recibir valores enteros positivos
    perteneciente a los reales.

    En el momento de abordar el desarrollo del laboratorio, se identifican los siguientes


    componentes el cual abordamos más adelante, de una manera detallada, y cómo se
    integran para poder solucionar la operación matemática 10X.
    A continuación.
    Componentes:

    BCD

    BCD, to Binary Coded Decimal, es un sistema de representación numérica que


    convierte los dígitos decimales (0 al 9) en su equivalente binario de 4 bits. En este
    sistema, cada dígito decimal se representa con precisión utilizando una secuencia
    de bits. El propósito principal de BCD es permitir la representación y manipulación
    de números decimales en sistemas electrónicos y digitales.
    BCD ofrece una forma de trabajar con números decimales directamente en entornos
    electrónicos y de computación.

    Paso a paso:
    En primera instancia realizamos la tabla de verdad y simplificamos las operaciones
    mediante mapas de karnaugh.
    Display visualizador 7 segmentos, de acuerdo a las variables A, B, C, D, E, F, G,
    Se integra el circuito mediante los segmentos A, B, C, D, E, F, G, de acuerdo a la
    simplificación (Funciones) que se realiza utilizando los mapas de karnaugh.

    El circuito queda de la siguiente manera, donde se anexa el display 7 segmentos, y


    de acuerdo a la entrada (En bits) muestra el número.
    Sumador
    Para el sumador debemos empezar de una manera jerárquica donde empezamos con
    sumador de 1 bits y de ahí comenzamos hacia arriba con sumador de 2 bit, 4 bit y por último
    uno de 8 bits

    Tabla de verdad

    Mapas de karnaugh

    S = A’*B’*Cin + A’*B*Cin’ + A*B’*Cin’ + A*B*Cin


    Cout = B*Cin + A*Cin +A*B

    Montaje logisim sumador de 1 bit


    Sumador 2 bits

    Sumador 4 bits
    Sumador 8 bits
    Circuito Secuencial y análisis de los estados

    Un circuito secuencial es un componente en electrónica digital que puede


    retener y procesar información en secuencia. A diferencia de los circuitos
    combinacionales que generan salidas basadas únicamente en las entradas
    actuales, los circuitos secuenciales tienen memoria y su salida depende de
    las entradas actuales, así como del estado previo del circuito. Estos circuitos
    son fundamentales en una amplia gama de aplicaciones, desde contadores y
    registros hasta unidades de control de computadoras y sistemas de
    comunicación. La capacidad de mantener información y responder a eventos
    en secuencia los hace esenciales para la operación de sistemas digitales
    complejos.

    De acuerdo a la operación que se va a desarrollar en el laboratorio 10X, con el


    flip-flop tipo T. Se tiene el siguiente análisis.
    Se identifican los siguientes estados, y se realiza la representación del diagrama de
    estado.

    Diagrama de estado:
    Tablas de verdad de acuerdo al diagrama de estado.
    Se reemplazan los Sx de acuerdo al valor y se obtiene.

    Tabla flip-flop tipo T, tabla de verdad y simplificación mediante mapas de karnaugh.

    Homologación de estados de S a número de estados en binario


    Se agrega el flip-flop tipo T, de acuerdo a las simplificaciones que se realizan mediante los
    mapas de karnaugh, se realizan pruebas para revisar los estados de acuerdo a la tabla de
    verdad.
    Circuito que resuelve el problema
    Se tiene el circuito completamente funcional, donde se evidencian todos los
    componentes desarrollados durante el laboratorio.
    Donde se hace uso de un divisor de logisim para poder diferenciar las unidades,
    decenas y centenas; y el extensor es para poder llevar de 4 bit a 8 bits, que
    ingresan al sumador.

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