ELETRÔNICA DIGITAL II. AUTOR: ENG. ANTONIO CARLOS LEMOS JÚNIOR

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1 ELETRÔNICA DIGITAL II AUTOR: ENG. ANTONIO CARLOS LEMOS JÚNIOR 1º SEMESTRE 2009

2 CONTEÚDO PROGRAMADO: 1 O que é um computador digital? 2 Como funcionam os computadores 3 O agente secreto 89 4 Organização de um sistema de computador básico 5 Elementos básicos do microcomputador 6 Palavras de computador 7 Palavras de instrução 8 Execução de um programa em linguagem de máquina 9 Estrutura de um microcomputador

3 1 O que é um computador digital Um computador digital é uma combinação de dispositivos e circuitos digitais que podem realizar uma seqüência programada de operações com um mínimo de intervalo humano As seqüencias de operações são denominadas programas. O programa é um conjunto de instruções codificadas que são armazenadas na memória interna do computador com todos os dados que o programa necessita

4 1 O que é um computador digital Quando o computador começa executar o programa, este executa as intruções na ordem em que elas estão na memória até que o programa se complete.

5 2 Como funcionam os computadores O programador oferece um programa de instruções e dados que especificam todos os detalhes do que deve ser feito, para que fazê-lo e quando fazer. O computador é simplesmente uma máquina de alta velocidade que pode manipular dados, resolver problemas e tomar decisões. Se o programador comete um erro no programa introduz dados equivocados, o computador produzirá resultados errados. Entra besteira sai besteira

6 2.1 Como fazer um computador executar um programa de instruções Conhecendo o diagrama da arquitetura de um computador (disposição dos seus elementos) e depois acompanhando passo a passo o processo que o computador segue para executar o programa. A seguir um exemplo com muito dos conceitos empregados na operação dos computadores

7 3 O agente secreto 89 O agente secreto 89 está tentando descobrir quantos dias antecedem o assassinato de um certo líder mundial. Seu contato lhe revelou que esta informação está localizada em um série de caixas postais. Para garantir que ninguém mais obtenha a informação, ela é espalhada por dez caixas diferentes. Seu contato forneceu a ele dez chaves juntamente com o seguinte conjunto de instruções:

8 3 O agente secreto A informação em cada uma das caixas está escrita em código. 1. Abra a caixa 1 primeiro e execute a instrução localizada lá. 1. Continue pelas caixas restantes em seqüência, a menos que seja instruído do contrário. 1. Uma das caixas está preparada para explodir quando for aberta

9 3 O agente secreto 89

10 4 Organização de um sistema computacional básico Os computadores contêm cinco elementos ou unidades essenciais 1. Unidade lógica aritmética (ULA) 1. Uniade de memória 1. Unidade de controle 1. Unidade de entrada 1. Unidade de saída

11 4 Organização de um sistema computacional básico

12 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade lógica e aritmética A ULA é a área do computador na qual as operações lógicas e aritméticas são ralizadas sobre os dados. O tipo de operação é determinado pelos sinais da unidade de controle (seta 1). Os dados a serem operados pela ULA podem ser oriundos da unidade de memória (seta 2) ou da unidade de entrada (seta 3). Os resultados das operações podem ser transferidos tanto para a unidade de memória (seta 4) como a unidade de saída (seta 5).

13 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade de memória A memória armazena grupos de dígitos binários (palavras) as quais podem representar instruções (programa) e os dados que serão manipulados pelo programa Também pode armazenar resultados intermediários ou finais das operações aritméticas (seta 4). A memória é controlada pela unidade de controle (seta 6). Uma determinada posição de memória é acessada pela unidade de controle que fornece o código de endereço apropriado (seta 7).

14 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade de entrada Consiste em todos os dispositivos utilizados para obter informações e dados externos ao computador e colocá-los na unidade de memória (Seta 8) ou na ULA (seta 3). Unidade de controle determina para onde a informação de entrada é enviada (seta 10)

15 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade de saída Consiste nos dispositivo utilizados para transferir dados e informações do computador para o mundo exterior. Os dispositivos de saída são acionados sob o comando da unidade de controle (Seta 12) Podem receber dados da memória (Seta 9) ou da ULA (Seta 5)

16 4 Organização de um sistema computacional básico Interfaceamento É definido como a transmissão digital de informação entre um computador e seus periféricos de modo compatível e sincronizado. Devido muitos dispositivos não serem diretamente compatíveis com o computador como por exemplo velocidade de operação, formato de dados. Estes dispositivos requisitam circuitos especiais que permitem comunicarem-se com as áreas de controle, memória e ULA do sistema computacional.

17 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade de controle Comanda a operação de todas as outras unidades fornecendo sinais de controle e temporização. Ela busca uma instrução na memória, lê a instrução, decodifica o código binário e então executa a instrução Está operação continua indefinidamente até que um RESET é executado e o computador busque o endereço inicial 0000

18 4 Organização de um sistema computacional básico Unidade central de processamento (CPU) dados temporariamente dentro da CPU. ULA e unidade de controle combinadas em uma unidade chamada unidade central de processamento (CPU). A CPU também possui registradores especiais que podem armazenar

19 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc)

20 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc) Um Microcomputador (µc) contém vários elementos, e o mais importante é o Microprocessador (µp). O Microprocessador contém todos os circuitos das unidades de controle e lógica e aritmética. A unidade de memória contém dispositivos RAM e ROM. RAM utilizada para armazenar programas e dados que serão freqüentemente alterados durante a execução. ROM utilizada para armazenar dados e programas que não podem ser perdidos, por exemplo o programa de carga inicial, (BIOS) Sistema básico de entrada e saída.

21 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc) As interfaces de entrada e saída contêm os circuitos necessários de interface para a comunicação entre os periféricos e o restante do computador.

22 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc) O Microprocessador (MPU) Fornecer sinais de temporização e controle de todos os elementos do µc Busca de instruções e dados da memória Transferência de dados de e para a memória e dispositivos de E/S Decodificação de instruções Realização de operações lógicas e aritméticas indicadas pelas instruções Respostas aos sinais de controle gerados pela E/S tais como RESET e INTERRUPT

23 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc) O Microprocessador (MPU) A MPU possui todos os circuitos necessários para realizar as funções anteriores. Estes circuitos estão acessíveis somente através da alteração dos programas que podem estar tanto na RAM quanto na ROM. A MPU possui três partes básicas: seção de controle e armazenamento, seção de registradores e a ULA

24 5 Elementos básicos de um Microcomputador (µc) O Microprocessador (MPU) A função da seção de temporização e controle é buscar e decodificar códigos de instruções da memória de programa bem como os sinais de temporização para acesso a memória. A seção dos registradores contém vários registradores e os mais importantes são: PC - program counter, acumulador (A) ou W (Work). A ULA realiza diversas operações lógicas: Adição, subtração, AND, OR, XOR, incremento e decremento. ULAs mais avançadas conseguem multiplicar e dividir.

25 6 Palavras de Computador Palavras É um conjunto de bits reunidos para representar uma instrução. O número de bits que formam uma palavra é o tamanho da palavra do computador. Podemos ter computadores com palavras de 4 a 64 bits. O tamanho da palavra também indica o tamanho do barremento de dados que carrega dados da memória para o processador.

26 6 Palavras de Computador Tipos de palavras Uma palavra armazenada na memória do computador pode ter dois tipos de informação: instruções ou dados. Os dados podem ser: números binários sinalizados ou não, caracteres ASCII, BCD. Número armazenado em uma palavra de 8 bits Letra V em código ASCII representada por palavra de 8 bits

27 6 Palavras de Computador Dados Representação das letras V e W em código ASCII Esta mesma palavra poderia ser a representação para

28 7 Palavras de instrução Instruções Contêm as informações necessárias para computador executar suas várias operações. O formato e os códigos destas operações podem variar bastante de computador para computador. São formadas por duas unidades básicas: Operação a ser executada e o endereço do operando.

29 7 Palavras de instrução Instruções Palavra de instrução de endereço único para o 8051 OPCODE representa a operação que o computador está sendo instruído a executar A segunda parte contém o endereço do operando

30 7 Palavras de instrução Instruções Desta maneira teríamos: 2^5 = 32 instruções e 2^3 = 8 registradores ou posições de memória. No entando existe formas de aumentar o número de instruções OPCODE endereço do registrador Poderia representar: Mover um byte de dados do registrador para o A (acumulador). 011 representa a posição de memória

31 7 Palavras de instrução Instruções de múltiplos bytes Algumas instruções não precisam de operando. Exemplo: CLRA(clear) do acumulador Outras podem utilizam um byte completo para o OPCODE seguida do operando que informa o endereço dos dados também conhecido como endereçamento direto. Também podemos ter no operando o próprio valor neste caso chamamos endereçamento imediato.

32 7 Palavras de instrução Instruções de múltiplos bytes Instruções de múltiplos bytes são utilizadas quando necessita a representação de um número com 16 bits. Para instruções com mais de um byte é necessário que sejam armazenadas em posições sucessivas na memória.

33 8 Executando um programa em linguagem de máquina O programador geralmente cria programas em linguagem de alto nível tais como: C, Basic, Pascal e Fortran. Um compilador gera a partir da linguagem de alto nível um Um compilador gera a partir da linguagem de alto nível um programa em linguagem de máquina.

34 8 Executando um programa em linguagem de máquina Executar o programa abaixo: 1. Desvie para o endereço correto para iniciar o programa 1. Decida se o acumulador está com valor 0 1. Se A 0, mostre o valor do acumulador na porta 1 1. Aguarde 1 segundo 1. Decremente o valor do acumulador de 1 1. Repita o passo 3 até que o o valor do acumulador seja 0

35 8 Executando um programa em linguagem de máquina

36 9 Estrutura de um microcomputador

37 BIBLIOGRAFIA PEREIRA, F. Microcontroladores PIC Programação em C, 6ª ed, São Paulo: Érica, ZANCO, W. S. Microcontroladores PIC - Técnicas de software e hardware para projetos de circuitos eletrônicos, São Paulo: Érica, MOKARZEL, M. P. & CARNEIRO, K. P. M. Internet embedded: TCP/IP para microcontroladores, São Paulo: Érica, MORIMOTO, C. E. Hardware o guia definitivo, São Paulo: GDH Press/ Sul Editores, TOCCI, R. J & WIDMER, N.S. Sistemas digitais, princípios e aplicações, 10ª ed, São Paulo: Prentice Hall, ZELENOVSKY, R & MENDONÇA, A. PC: Um guia prático de hardware e interfaceamento, 3ª ed, Rio de Janeiro: MZ Editora, 2002

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