Célula básica de memória - Notas de aula abril/2012

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1 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 Célula básica de Memória A Unidade Central de Processamento (CPU) é o componente fundamental dos sistemas computadorizados. Um de seus dispositivos é a Unidade Lógico-Aritmética (ULA) realiza operações aritméticas e lógicas entre dados binários. Nessa tarefa, há necessidade de movimentar dados entre os dispositivos e locais de armazenamento de dados binários (memórias). Uma célula básica de memória é o mecanismo projetado para armazenar a unidade básica de dado: o bit. Conjuntos de células básicas constituem registradores, que são as unidades básicas de armazenamento da CPU. A figura apresenta o modelo da célula básica de memória. IN Célula de Memória Enable OUT Figura Célula básica de memória. Diagrama funcional. Função: receber, armazenar e devolver bit. R/W Modo de operação uando Enable=, a célula está desabilitada e nenhuma operação (leitura ou escrita) pode ser realizada. uando Enable=, a célula de memória pode receber um bit pela linha IN se R/W =. A célula devolve o bit armazenado pela linha OUT, quando R/W =, O FLIP FLOP -R (FF-R) É o dispositivo lógico que recebe, armazena e fornece um bit. O controle dessas ações é feito pelas entradas (et) e R (Reset). O circuito básico do Flip-Flop R está apresentado na figura 2. R Nome Não altera REET ET Proibido R Tabela - Tabela verdade para o Flip Flop R Figura 2 - Diagrama Básico do Flip Flop R e são chamados de saídas complementares. EME DEVEM TER VALORE DIFERENTE. Não altera significa que o valor armazenado no Flip Flop não altera (permanece inalterado); ET significa que o valor do Flip Flop (o valor de ) é Verdadeiro (UM, ); REET significa que o valor do Flip Flop é FALO (ZERO, ) Análise e obtenção da tabela verdade para o FlipFlop R. = a) - CAO - (REET) - = e R= A entrada R= permite determinar as saídas e DICA: Em uma porta AND, quando qualquer entrada for a saída é O. O estado final apresenta = e = R=

2 b) - CAO 2- (ET) - = e R= 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 O desenvolvimento é similar ao CAO, e estado final apresenta = e =. c) - CAO 3 (Não altera) = e R= Fixar valores para as saídas e, exemplo = e =. Aplicar ao circuito e verificar que as saídas e não se alteram. d) - CAO 4 (Proibido Não usar) = e R= Neste caso, pode-se mostrar que a solução é =`=, o que contradiz a diretriz de complementaridade entre e. Representação funcional do Flip Flop R (FF R) No estudo de sistemas digitais, os Flip flops são tratados como unidades fechadas com propriedades definidas pela sua tabela verdade. A figura ao lado apresenta as entradas e R e as saídas complementares do FF R, sendo que a Tabela define os estados do Flip Flop R R Exercícios. Obtenha as saídas do FF R.. Considere o mesmo Flip Flop em tempos diferentes. O Clock (temporizador) As ações computacionais são coordenadas pelos sinais de clock. O clock é uma seqüência de pulsos regularmente espaçados - Figura 3. <-- T ---> (segundos) Figura 3- Uma seqüência de pulsos regularmente espaçados. O intervalo de tempo (duração) dos pulsos é o período do clock e é representado pela letra T, e é dado em segundos. O número de pulsos por unidade de tempo (por segundo) é chamado de freqüência e é representado pela letra f, e tem como unidade pulsos por segundo (Hertz (Hz). Exemplo. Um sinal de clock com a duração de um segundo (um pulso a cada segundo) indica a frequência de pulso por segundo (Hz). Exemplo 2. Um clock apresenta 2 pulsos por segundo. A frequência é 2 pulsos por segundo (f = 2 Hz). A cada meio segundo ocorre um pulso. O período do sinal de clocké meio segundo (T=,5s). 2

3 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 Exercício - ual é a freqüência e o período do clock de um computador especificado como 2,4 GHz. Definições A freqüência e o período do clock se relacionam pela expressão: f = /T. ou também T = /f. A freqüência e o período do clock são inversamente proporcionais. uando uma dessas grandezas aumenta, a outra diminui. Alguns múltiplos e submúltiplos das unidades de clock são apresentados na tabela. Freqüência indica Período ignificado Hertz pulso por segundo (Hz) segundo T=s uilohertz pulsos por segundo (Hz) milisegundos T=ms; um milésimo de segundos MegaHertz de pulsos por segundo (MHz) microsegundo T= s; milionésimo de segundos GigaHertz de pulsos por segundo nanosegundos T=ns; bilionésimo de segundos (GHz) TeraHertz pulsos por segundo (THz) picosegundos T= os; trilionésimo de segundos Tabela - Múltipos de freqüência expressa em Hertz. Exercícios- Calcule as freqüências e os períodos conforme os valores fornecidos f =,25 GHZ T= (nano segundos) f = 25 MHz T= (segundos) T= 2 microsegundos f = (GigaHertz) T= 2cm f= (Hertz) FF-R com entrada clock O clock é uma entrada com a função de controle (HABILITAR/DEABILITAR) das entradas e R. uando o clock é UM, as entradas e R estão habilitadas e o Flip Flop se comporta como o Flip Flop descrito anteriormente. uando o clock tem valor ZERO, o Flikp Flop permanece no estado NÃO ALTERA e o valor da da saída permanece inalterado. A figura 4 apresenta o diagrama lógico do Flip Flop R com Clock. Os componentes lógicos estão na figura 5 Figura 4 Diagrama do Flip Flop R com entrada clock Figura 5 - Componentes lógicos do FF-R com clock 3

4 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 Modo de operação do FF-R com clock - Entendendo a ação do clock. uando Clock=, as entradas e R ficam desabilitadas (as portas AND operam com enable=) e, portanto = e R=. O Flip Flop está em NÃO ALTERA. 2 - uando Clock =, as entrada e R ficam habilitadas e operam normalmente. O dispositivo opera como O Flip Flop R anterior. Exercício. Obtenha o sinal da saída para um FF-R quando alimentado com os sinais da figura 3. R Flip Flop- (FF-) No FF- as entradas são denominadas e. A restrição = e = é resolvida por um novo projeto lógico. Nesta situação, o FF- realiza a ação COMPLEMENTA: o valor do FF (saída ) é complementado. e =ZERO, ele será alterado para UM, e vice-versa. Exemplo. Considere um FF- em intervalos de tempo seqüenciais. Clock Clock Clock R Na última figura o valor do Flip Flop foi complementado (O valor foi trocado para ) FLIP FLOP ATIVADO PELA BORDA DE UBIDA E DECIDA Este item apresenta o conceito de subida e descida do clock como a ação que provoca mudança no estado do FF. Clock ativo na subida. O clock ativo na subida indica que as mudanças no estado do FF ocorrem na subida do clock. Clock ativo na subida Clock ativo na descida. O clock ativo na descida indica que as mudanças no estado do FF ocorrem na descida do clock. Clock ativo na descida 4

5 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 Representação dos FF- Clock ativos na subida e na descida Figura 6 - FF- ativo na subida.. Figura 7 -FF- ativo na descida Divisor de frequencia. Diagrama de tempo para as saídas, e 2. Os FF ligados em cascata (sequencialmente) e que um sinal clock alimente apenas o primeiro elemento. Todos os FF s operam no estado complementar. 2 Figura 8 Flip Flop operando como divisor de freqüência por 2. Flip Flop T (FF-T) É construído logicamente a partir do FF- conectando as entrada e por uma mesma entrada T (toggle). O FF-T funciona em dois modos: não altera ou complementa. uando T=, Toggle desligado o valor da saída (estado do flip-flop) não se altera. uando T=, Toggle ligado o valor da saída (estado do flip-flop) é complementado (troca de zero para e vice-versa). T T Não altera Complementa o valor Exemplo. Flip Flop T com clock ativo na subida T Flip flop D O FF-D é definido a partir do FF- conectando as entrada e por uma entrada inversora. D significa Data (dados). uando o clock estiver ativo (na subida ou descida) os dados são transferidos da entrada D para o Flip Flop D (saída ). 5

6 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 D REET ET Exemplo. Obtenção da saída para o Flip Flop D a partir dos diagramas dados abaixo. D 6

7 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 eset e ear ão entradas que controlam o Flip flop independentemente do clock e das entradas e.. uando a entrada eset estiver ativa, o valor do Flip Flop (saída ) é VERDADE (UM), independentemente das outras entradas. uando a entrada ear estiver ativa, o valor do Flip Flop (saída ) é FALO (ZERO), independentemente das outras entradas. eset e ear não podem estar ativos ao mesmo tempo Os exemplo a seguir mostram com as entradas eset e ear são ativadas = = = Figura Ativação do eset Ativação do ear = = = = Notar as inversoras no Preset e Clear indicando que estas entradas são ativadas pelo nível ZERO Nota: uando o eset ou o ear estiverem ativados, o valor do Flip Flop independe das demais entradas. Nota 2: A DUA ENTRADA EET E EAR NÃO PODEM ER ATIVADA AO MEMO TEMPO. = Figura - Desativação das entradas Preset e Clear. uando eset= e ear=, ao mesmo tempo, as entradas eset e ear são destivadas. Neste caso, o Flip Flop opera controlado pelas entradas Clock, e. = REUMO Os estados iniciais dos Flip Flops podem ser definidos pelas entradas Preset e Clear; A entrada Preset define o estado do Flip Flop como Verdadeiro (UM) independente das ações do clock; A entrada Clear define o valor inicial do Flip Flop como Falso (ZERO) também de forma independente de ações do clock. A tabela 2 apresenta as características operacionais do Flip Flop- com entrada Preset e Clear. Clock Observação X X Desativado CONFLITO X X UM ET X X ZERO EAR X X Não usar Não altera 7

8 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 EXERCÍCIO. Determinar para o Flip Flop ativo na descida e com as entradas definidas na figura. (a) (b) (c) Exercícios Complementares - - Obtenha a saídas do FF R em intervalos de tempo consecutivos (a) R R R R (b)- Obtenha o sinal da saída para um FF-R (ativo em alto) quando alimentado com os sinais da figura. R 8

9 22 - Célula básica de memória - Notas de aula abril/22 (c) Obtenha as saídas e para o Flip Flop ativo na descida para as entradas dadas a seguir. (d) Obtenha as saídas e para os Flip Flops, ativo na subida, para as entradas dadas. (e) Obtenha as saídas e para um Flip Flops ativo na subida com entrada eset e Clear conforme as entradas mostradas a seguir. (f) Determine a saída para o Flip Flop T ativo na descida e com as entradas definidas na figura. T (g)- Obtenha a saída do FF R. R R R R 9