A.L.U. de 4 bits simulada con ksimus; esquemático y PCB con kicad.

Bueno, una captura de la A.L.U. de 4 bits simulada con ksimus. Ya esta funcionando (teóricamente) con clock y realiza 8 operaciones básicas, basadas en las más utilizadas por los pic’s.

A.L.U. de 4 bits
Bueno, voy a mencionar algunas características:
  • Esta compuesta por módulos que operan 1 bit, y  trabaja de forma escalable para poder realizar las operaciones con más, en este caso 4 bits.
  • El bus para la interconexión es bastante simple y requiere sólo un cuidado especial para las rotaciones de bits. Sólo se una un D-Latch externo para sincronizar el Carry Out de salida del grupo.
  • Cada módulo de un bit controla la sincronización del la salida Out pero no así del Carry Out, puesto que esto no es necesario, pudiendo así obtener las salidas prácticamente en el mismo tiempo respecto a la frecuencia del clock.
  • En cada uno de los módulos se utilizaron compuertas AND, NAND e INV BUF para homogenizar el desarrollo. Sólo los D-Latch y los MUX no fueron concebidos de la misma forma.

Respecto a las operaciones, se repartieron en las siguientes:

  • XOR – Operación OR exclusiva.
  • AND.
  • OR.
  • Add – Operación de adición de bits.
  • Sub – Sustracción usando complemento a 1.
  • RRF – Rotación de 1 bit a la derecha.
  • RLF – Rotación de 1 bit a la izquierda.
  • Comp1 – Complemento a 1.

¿Cómo se conforma cada módulo de 1 bit? Bueno pueden apreciar en la siguiente imagen el circuito de cada módulo.

A.L.U. de 1 bit

Se puede notar que la operación de XOR es un módulo también, esto es por la normalización de las compuertas.

Compuerta XOR como módulo

También se modularizo la operación de adición, puesto que al ser utilizada por la de sustracción es mucho más cómodo generar un módulo.

Módulo de adición de 1 bit

La sustracción es la operación de suma pero a complemento a 1. ¿Porqué? Es mucho más interesante y sencillo al momento de generar un módulo escalable.

Módulo de sustracción utilizando comp. a 1

En la siguiente imagen se detallan las partes que componen el módulo ALU de 1 bit.

Detalles sobre el módulo ALU de 1 bit.

El esquemático se realizo con la suite kicad, básicamente posee los módulos propios que se denotan en la simulación más puntos de testeo (test point) y el conexionado apropiado de las compuertas que no se utilizan para que no queden “al aire”.

Esquemático del módulo ALU de 1 bit en kicad.

La verdad que ha sido algo “laborioso” el esquemático no tanto como las pistas que aún estan en construcción:

Pistas del PCB en kicad.

PCB en 3D con kicad.

Como siempre todas las herramientas informáticas utilizadas son GNU o por lo menos de alguna licencia no propietaria como así los formatos de los archivos. En mi caso todo funcionando en un sistema GNU/Linux distribución Debian Lenny.
Seguiré aumentando la documentación y cuando este terminado lo subiré.

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