A unidade lógica-aritmética(ULA) é um circuito combinacional que recebe duas palavras de entrada de n bits A=A_n-1A_n-2 ... ...A₁A₀ e B=B_n-1B_n-2....B₁B₀. Essas entradas podem ser números ou uma informação codificada em binário. A ULA gera, então, uma função de saída F=F_n-1F_n-2...F₁F₀ que pode relacionar as entradas por lógica ou aritmética.Uma entrada de modo M determina se a função de saída F é lógica ou aritmética.Entradas seletoras de função S₀, S₁, S₂,... determinam qual função específica será F.

Uma ULA pode ser construída como uma cascata de vários estágios idênticos.Não existem regras de como projetar cada estágio da ULA.Em geral, a aplicação determina o circuito de cada estágio da ULA.Uma ULA poderia ter a configuração abaixo:

Fig.1

Onde temos duas entradas A e B de 4 bits, uma entrada de modo M, duas entradas seletoras de função S₁S₀ e a função de saída F.Cada estágio da ULA poderia ter o circuito mostrado a seguir.

Fig.2

Fig.3

Circuitos Integrados ULAs

Existem diversos circuitos integrados disponíveis comercialmente que são classificados e vendidos como unidades lógicas-aritméticas (ULAs), mesmo que não apresentem a capacidade lógica e aritmética de uma ULA de computador.Esses CIs ULAs são capazes de realizar várias operações logicas e aritméticas diferentes com dados binários de entrada. A operação específica que um CI ULA executa é determinada pelo código binário específico que é aplicado nas entradas dos bits seletores de função.E cada CI ULA possui um conjunto específico de funções que pode executar, diferente das demais ULAs.

O chip SN74LS181 é uma unidade lógica-aritmética(ULA) e gerador de funções que possui o equivalente a 75 portas, conforme mostrado em seu diagrama lógico na Fig.1.

Fig.1-ULA 74LS181 Diagrama Lógico

Esse circuito realiza 16 operações aritméticas com duas palavras de 4-bits como mostrada na Fig.2 e todas as entradas e saídas podem ser ativas em nível ALTO ou nível BAIXO, por isto as designações dos pinos do CI estão indicadas complementadas e não complementadas.As operações são selecionadas pelos 4-bits seletores de função (S₀, S₁, S₂, S₃) e inclui adição, subtração, decremento e transferência direta, entre outras.Quando executa operações aritméticas, os vai-um internos devem ser habilitados aplicando um nível BAIXO na entrada de controle de modo(M). Um circuito de vai-um antecipado é disponível na ULA SN74LS181 para a geração rápida de vai-um através das variáveis P(PROPAGAÇÃO) e G(GERAÇÃO) simultâneas, em duas saídas para cascateamento(pinos 15 e 17). Essa ULA pode ser usada em combinação com o CI comercial  SN54S182, uma unidade de geração de vai-um antecipado(VUA), para realizar operações aritméticas de alta velocidade.

Fig.2-ULA SN74LS181 Operações Lógicas e Aritméticas

Se velocidade não é um fator crítico nas operações, então uma entrada de vai-um propagado(C_n) e uma saída de vai-um propagado(C_n+4) são disponíveis no chip.O atraso causado pelo vai-um propagado é minimizado pelos circuitos internos, de modo que as operações aritméticas com palavras de pequeno comprimento podem ser realizadas sem circuitos externos de vai-um.

A ULA 74LS181 pode também ser aplicada como circuito comparador. A saída (A=B) é decodificada internamente a partir das saídas de função (F₀, F₁, F₂, F₃), de modo que quando duas palavras de iguais magnitudes são aplicadas nas entradas A e B, o pino (A=B) assumirá o nível ALTO para indicar a igualdade entre as duas entradas. A ULA deve estar no modo subtração com C_n=H e os bits seletores de função S₃, S₂, S₁, S₀ em L, H, H, L, respectivamente, quando realizar esta operação.Observe que a saída (A=B) é tipo coletor aberto e pode ser usada para fazer AND com fios. A saída de vai-um (C_n+4 ) pode também ser usada para para fornecer informação sobre da magnitude relativa.

Essa ULA fornece também 16 funções Booleanas de duas variáveis, sem necessidade de circuitos externos.Essas funções lógicas são selecionadas pelas entradas dos bits seletores de função (S₀, S₁, S₂, S₃) com a entrada de controle de modo(M) no nível ALTO, para desabilitar o vai-um interno. As 16 funções lógicas estão detalhadas na Fig.2.