SISTEMAS DIGITAIS (SD)

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1 SISTEMAS DIGITAIS (SD) MEEC Acetatos das Aulas Teóricas Versão 4. - Português Aula N o 9: Título: Sumário: Circuitos combinatórios: descodificadores, codificadores, multiplexers e demultiplexers Descodificadores, codificadores, multiplexers e demultiplexers 5/6

2 Sistemas Digitais (SD) Circuitos combinatórios: descodificadores, codificadores, multiplexers e demultiplexers Aula Anterior Na aula anterior: Noção de circuito combinatório; Tempo de propagação num circuito; Dispositivos lógicos especiais: Buffer de três estados (tri-state); Portas de passagem (transmission gates). Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

3 Planeamento SEMANA TEÓRICA TEÓRICA PRBLEMAS/LABRATÓRI 4/Set a 9/Set Introdução Sistemas de Numeração e Códigos /Set a 6/Set Álgebra de Boole Elementos de Tecnologia P 8/Set a /ut Funções Lógicas Minimização de Funções Booleanas (I) L 5/ut a /ut Minimização de Funções Booleanas (II) Def. Circuito Combinatório; Análise Temporal P /ut a 7/ut Circuitos Combinatórios (I) Codif., s, etc. Circuitos Combinatórios (II) Som., Comp., etc. L 9/ut a 4/ut Circuitos Combinatórios (III) - ALUs Circuitos Sequenciais: Latches P 6/ut a /ut Circuitos Sequenciais: Flip-Flops Ling. de Descrição e Simulação de HW (ferramentas disponíveis no laboratório) /Nov a 7/Nov Caracterização Temporal Registos P 9/Nov a 4/Nov Revisões Teste Contadores L 6/Nov a /Nov /Nov a 8/Nov /Nov a 5/Dez 7/Dez a /Dez Síntese de Circuitos Sequenciais: Definições Síntese de Circuitos Sequenciais: Síntese com Contadores Máq. Estado Microprogramadas: Circuito de Dados e Circuito de Controlo Circuitos de Controlo, Transferência e Processamento de Dados de um Processador Síntese de Circuitos Sequenciais: Minimização do número de estados Memórias Máq. Estado Microprogramadas: Endereçamento Explícito/Implícito Lógica Programável 4/Dez a 8/Dez P6 P6 L6 L P4 L4 P5 L5 Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 Sumário Tema da aula de hoje: Circuitos combinatórios típicos: Descodificadores Codificadores Multiplexers Demultiplexers Bibliografia: M. Mano, C. Kime: Secções.7 a.9 G. Arroz, J. Monteiro, A. liveira: Secções 4. a 4.5 Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 4

4 Descodificador Descodificador (em inglês, Decoder) descodificador binário é um circuito combinatório que permite, perante uma combinação de entradas, activar uma e só uma saída. I I DESCDIFICADR :4 I I No símbolo do componente, o índice dos sinais de entrada/saída permite identificar claramente as saídas e o peso de cada um dos sinais de entrada. Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 5 Descodificador Descodificador com entrada de activação (Enable): A entrada de ABLE permite, quando activa (neste caso, a ), que o descodificador funcione normalmente. Quando não activa, inibe o seu funcionamento fazendo com que todas as saídas fiquem inactivas (neste caso, todas a ). I I DESCDIFICADR :4 I I Enable Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 6

5 Descodificador Descodificador: estrutura interna A figura representa a estrutura interna de um descodificador binário de entradas. Cada saída representa uma das combinações possíveis das entradas I I. I I I.I I.I I.I I.I Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 7 Descodificador Descodificador com saídas activas a zero No símbolo do componente, o Δ na saída indica que esta é activa a, i.e., a saída seleccionada tem um e as outras têm um. (funciona como se tivesse um inversor na saída) I I I I Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 8

6 Descodificador Descodificadores: exemplos de componentes DESCDIFICADR :8 DUAL DECDER :4 4 74LS LS9 Nos exemplos os sinais de saída são activos a zero. No 8 o Enable é um AND de entradas, delas negadas. No 9 o Enable é activo a zero. No 55 o Enable é um AND de entradas, delas negada. DUAL DECDER :4 74LS55 Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 9 Codificador Codificador (em inglês, encoder): codificador binário é um circuito combinatório que indica qual das entradas possíveis é que está activa (neste caso, a ). Nesta versão simples, o codificador só considera 4 das 6 combinações possíveis de entrada. circuito não distingue a situação de todas as entradas estarem a. I I I I circuito não distingue as situações em que estão a mais do que uma entrada. I I I I Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

7 Codificador Codificador de prioridade: As entradas deste codificador têm uma ordem de prioridades: em caso de mais de uma entrada activa (a ) é considerada a de maior prioridade. I I I I V X X X X X X I I I I V A entrada I é a de maior prioridade, seguida da I, da I, e a I é a de menor prioridade. A saída V suplementar indica se existe pelo menos uma entrada activa (a ). Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 Multiplexer Multiplexer: multiplexer é um circuito combinatório que permite, através da especificação dos sinais de selecção, encaminhar uma das N entradas de dados para a saída. Exemplo: multiplexer 4: Comportamento S S S S D D D D D D D D SEL(S,S) D D D D As entradas de selecção determinam a entrada de dados cujo valor é colocado na saída. Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

8 Multiplexer Multiplexer: estrutura interna S S S D S D D D D D D.S.S D.S.S D.S.S D.S. S D D Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 Multiplexer Multiplexer: estrutura interna alternativa S S D D S S D D D D D D Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 4

9 Multiplexer Multiplexer: simbologia MULTIPLEXER 4: simples } G MULTIPLEXER 4: com enable } G S S D D D D X X Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 5 Multiplexer Multiplexer: saída tri-state S S } G S S } G D D _tri_state D D D D D D Saída tri-state S S _tri_state - - Z D D D D D D D D Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 6

10 Multiplexer Multiplexers: exemplos de componentes 8: 74LS5 G } _ QUAD : 74LS57 G DUAL 4: 74LS5 } G _ Nos exemplos os sinais de Enable são activos a zero (a activação do funcionamento normal do componente acontece quando =). 745 tem uma saída suplementar que é a negação da outra. Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 7 Demultiplexer Demultiplexer: demultiplexer é um circuito combinatório que permite, através da especificação dos sinais de selecção, encaminhar a entrada para uma das N saídas. Exemplo: Demultiplexer :4 D S S } G _ IN IN S S IN IN IN IN SEL(S,S) Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 8

11 Demultiplexer Demultiplexer: estrutura interna S DEMULTIPLEXER :4 S S S IN IN UT IN IN IN UT UT IN.S IN.S.S.S IN.S IN.S.S.S UT Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 9 Demultiplexer vs Descodificador Demultiplexeres e Descodificadores: Um descodificador com enable é equivalente a um demultiplexer, sendo as entradas de dados do primeiro as entradas de selecção do segundo e a entrada de enable do primeiro a entrada de dados do segundo. Nota: os símbolos abaixo referem a mesma funcionalidade do circuito. DUAL D :4 74LS9 DECDER :4 74LS9 D } G _ 74LS9 } G _ Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

12 Aplicações Descodificadores: aplicações (f. combinatórias) Realização de funções combinatórias de variáveis com decoders :8 f(x,y,z) = m(,5,7) f(x,y,z) = m(,,4) Z Y X f 6 7 f Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 Aplicações Descodificadores: aplicações (f. combinatórias) Realização de funções combinatórias de variáveis com decoders :8 com saídas activas a. f(x,y,z) = m(,5,7) f(x,y,z) = m(,,4) Z Y X 4 74LS F F 5V 7 Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

13 Aplicações Multiplexers: aplicações (f. combinatórias) Exemplo de realização de funções combinatórias de variáveis com 4: F A AB A B F B A } G VCC "" "" "" "" VGND F Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 Aplicações Multiplexers: aplicações (f. combinatórias) Exemplo de realização de funções combinatórias de variáveis com 4: F A B A C ABC A B C F F F C F F C B A } G _ "" C "" C F Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 4

14 Aplicações Descodificadores: aplicações (descodificação) Exemplo de realização de um DECDER :8 tendo por base DECDERs :4 A A D D A D D D4 D5 D6 D7 Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 5 Aplicações Multiplexers: aplicações (multiplexagem) Exemplo de realização de um 8: tendo por base s 4: S S S S } G _ D UT D D D UT S S S } G _ D4 D5 D6 D7 UT Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 6

15 Aplicações Multiplexers: aplicações (multiplexagem) Exemplo de realização de um 6: tendo por base 4 s 4: S S S S } G _ D D D D UT S S } G _ D8 D9 D D UT UT S S } G _ S S } G _ D4 D5 D6 D7 UT D D D4 D5 UT Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 7 Aplicações Multiplexers: aplicações (multiplexagem) Exemplo de realização de um 6: tendo por base 4 s 4: tri-state S S S S D } G S S D4 } G D D5 D D6 D D7 S S S } G S S } G D D8 D D9 D4 D D5 D Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 8

16 Próxima Aula Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6 9 Próxima Aula Tema da Próxima Aula: Circuitos combinatórios típicos: Somadores / Subtractores Comparadores Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6

17 Agradecimentos Algumas páginas desta apresentação resultam da compilação de várias contribuições produzidas por: Guilherme Arroz Horácio Neto Nuno Horta Pedro Tomás Prof. Nuno Roma Sistemas Digitais 5/6