Registradores. Circuitos Lógicos. DCC-IM/UFRJ Prof. Gabriel P. Silva

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1 Registradores Circuitos Lógicos DCC-IM/UFRJ Prof. Gabriel P. Silva

2 2 Registradores Conjunto de elementos de memória (flip-flops ou latches) utilizados para armazenar n bits. Utilizam um único sinal de clock ou um único sinal de habilitação. São elementos de memória básicos utilizados quando se deseja armazenar pequenas quantidades de informação, normalmente em circuitos de interface ou controle de máquinas de estado.

3 3 Registradores Registrador de carga paralela CK EN Carga do registrador D D Ck _ EN (74LS377)

4 4 Registrador LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_64.all; ENTITY Reg IS PORT(Data_in : IN STD_LOGIC_VECTOR; Data_out: OUT STD_LOGIC_VECTOR; Wr : IN STD_LOGIC ; Reset : IN STD_LOGIC ; Clk : IN STD_LOGIC); END Reg; ARCHITECTURE behavioral OF Reg IS BEGIN PROCESS(Wr,Reset,Clk) CONSTANT Reg_delay: TIME := 2 ns; VARIABLE BVZero: STD_LOGIC_VECTOR(Data_in'RANGE):= (OTHERS => '');

5 5 Registrador BEGIN IF (Reset = '') THEN Data_out <= BVZero AFTER Reg_delay; END IF; IF (Clk'EVENT AND Clk = '' AND Wr = '') THEN Data_out <= Data_in AFTER Reg_delay; END IF; END PROCESS; END behavioral;

6 6 Deslocador O deslocador serve para mover um conjunto de bits de uma ou mais posições para a esquerda ou direita. Dependendo do tipo de deslocamento, podem ser inseridos ''s para as posições que ficam vagas à medida que os bits correspondentes vão sendo deslocados. Para os números cuja representação coloca o bit de sinal no bit mais à esquerda, normalmente esse bit é replicado quando os bits são deslocados para a direita.

7 7 Deslocador Deslocamento para a direita de 2 bits: --> Deslocamento para esquerda de 3 bits --> Deslocamento para a direita de 2 bits de valor negativo em complemento a dois: -->

8 8 Deslocador Note que para cada bit deslocado para a direita, corresponde a uma divisão inteira por 2: --> 28 --> 7 E para cada bit deslocado para a esquerda, corresponde a uma multiplicação por 2: --> 5 --> 2

9 Deslocador 9

10 Registrador de Deslocamento SDI D D D D SDO CK Composto por uma série de Latches ou Flip-Flops onde a saída de um está acoplada a entrada D do seguinte. Aplicações: As UALs dos processadores têm registradores de deslocamento (esquerda, direita e em anel). Conversão série para paralelo e vice-versa. No exemplo acima os últimos 4 valores da seqüência são armazenados do registrador de deslocamento.

11 Registrador de Deslocamento Apresenta o seguinte comportamento: Clock t Entrada = Saída t t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7

12 2 Registrador de Deslocamento Entrada D D 2 D 3 D 4 Saída Clock

13 3 Registrador de Deslocamento com Carga Paralela Saída Paralela D D D D Entrada Serial Carrega/ Desloca D 3 D 2 D D Entrada Paralela Relógio

14 4 Registrador de Deslocamento Universal Armazena 4 valores left_in left_out clear s s o Entradas seriais ou paralelas o Saídas seriais ou paralelas o Permite o deslocamento à esquerda ou à direita o Desloca novos valores à esquerda ou à direita output input right_out right_in clock clear estabelece o conteúdo do registrador e da saída em s e s determinam o tipo de deslocamento s s função mantém estado deslocamento à direita deslocamento à esquerda carregue nova entrada

15 Registrador de Deslocamento Universal Considere um dos quatro flip-flops o Próximo valor no próximo ciclo de clock: Nth célula p/ N-th célula D para N+th célula CLK clear s s new value output output value of FF to left (shift right) output value of FF to right (shift left) input [N-] (left) CLEAR 2 3 s e s control mux Input[N] [N+] (right) 5

16 6 Aplicação de Registradores de Deslocamento Conversão paralelo-serial para transmissão serial saídas paralelas entradas paralelas Transmissão serial

17 7 Reconhecedor de Padrões Função combinacional de amostras da entrada o ex: reconhecendo o padrão em um único sinal de entrada OUT OUT OUT2 OUT3 OUT4 IN D D D D CLK

18 8 Contadores Podem ser: Assíncronos São mais lentos pois a saída de um flipflop dispara uma mudança no flip-flop seguinte Síncronos O estado de todos os flip-flops são alterados simultaneamente

19 9 Contadores Seqüências através de um conjunto fixo de padrões o Neste caso:,,, o Um dos padrões é o estado inicial (usar load ou set/reset) OUT OUT2 OUT3 OUT4 IN D D D D CLK

20 2 Contadores Contador Mobius (ou Johnson) o Neste há apenas a mudança de um bit entre dois estados adjacentes:,,,,,,, OUT OUT2 OUT3 OUT4 IN D D D D CLK

21 2 Contadores Contador Binário Crescente t clk 2 t t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7

22 22 Contador Binário FF tipo T Clock 2 Count

23 23 Contador Binário Assíncrono FF tipo T T T T Clock 2 Contador Binário Assíncrono (crescente)

24 24 Contador Binário Assícrono FF tipo T (decrescente) Clock 2 Count

25 25 Contador Binário Assíncrono FF tipo T T T T Clock 2 Contador Binário Assíncrono (decrescente)

26 26 Contador Binário Síncrono FF tipo T T T T T 2 3 Clock Contador Binário Síncrono (crescente)

27 27 Contadores Contador Binário Crescente t clk 2 t t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7

28 28 Contador Binário Síncrono - FF tipo T com enable e clear Enable T T T T Clock Clear

29 Contador Binário - FF Tipo D OUT OUT2 OUT3 OUT4 CLK D D D D "" Contador Binário Síncrono (crescente) 29

30 3 Contador Binário com FF Tipo D Lógica entre os registradores (não somente um multiplexer) o XOR decide quando um determinado bit deve ser toggled o Sempre para o bit de mais baixa ordem; somente quando o primeiro bit é verdade para o segundo bit, e assim por diante

31 3 Contador 4 Bits em VHDL library ieee; use ieee.std_logic_64.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; ENTITY contador IS PORT(CLK, CLR : IN std_logic; : OUT std_logic_vector(3 downto )); END contador;

32 Contador 4 Bits em VHDL ARCHITECTURE arquitetura OF contador IS SIGNAL tmp: std_logic_vector(3 downto ); BEGIN PROCESS (CLK, CLR) BEGIN IF (CLR = '') THEN tmp = ""; ESLIF (CLK'event AND CLK = '') THEN tmp = tmp + ; END IF; END PROCESS; = tmp; end arquitetura; 32

33 33 Contador Binário Crescente Síncrono de 4-bits Componente padrão em muitas aplicações o FF ativado na transição positiva com entradas de load e clear o Dado carregado das entradas paralelas D, C, B, A o Entradas de Enable: precisam estar em para contagem o RCO: saída de ripple-carry utilizada para cascateamento - quando o contador está em seu estado mais alto () - implementado usando uma porta AND EN D C B A LOAD CLK CLR RCO D C B A

34 Contador Binário Crescente Síncrono de 4-bits 34 (2) RCO vai para (3) 4-bits mais altos são incrementados () 4-bits baixos =

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