Prof. André Rabelo LÓGICA DIGITAL INTRODUÇÃO

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1 Prof. André Rabelo LÓGICA DIGITAL INTRODUÇÃO

2 INTRODUÇÃO Um sistema pode ser definido como sendo um conjunto de elementos que são interligados de alguma maneira para compor um todo e assim realizar funcionalidade específica.

3 INTRODUÇÃO Um sistema também possui uma função bem definida, a qual pode ser identificada a partir das funcionalidades de seus componentes. Neste sentido, pode-se identificar dois aspectos fundamentais em qualquer sistema: ESTRUTURA COMPORTAMENTO

4 INTRODUÇÃO A ESTRUTURA reflete os componentes e como eles estão interconectados O COMPORTAMENTO reflete a funcionalidade do sistema

5 INTRODUÇÃO Sistemas em que o número de componentes é alto e/ou as inter-relações entre eles não são muito claras ou difíceis de serem estabelecidas e entendidas são ditos COMPLEXOS. No projeto de tais sistemas complexos, a identificação de alguma ordem ou regularidade é de extrema importância, o que normalmente requer uma abordagem estruturada e sistemática.

6 INTRODUÇÃO Dependendo de quais aspectos se está tentando identificar, deve-se usar um tipo de representação e um nível de abstração adequados. Os três tipos mais comuns de representação são: COMPORTAMENTAL ESTRUTURAL FÍSICO

7 REPRESENTAÇÃO COMPORTAMENTAL Captura o sistema como uma caixa preta e se concentra na especificação do comportamento como uma função dos valores de entrada e o tempo.

8 REPRESENTAÇÃO ESTRUTURAL Define a caixa preta como um conjunto de componentes e suas interconexões. A representação estrutural especifica a implementação do sistema sem qualquer referência à sua funcionalidade.

9 REPRESENTAÇÃO FÍSICA Especifica as características físicas na caixa preta, indicando as dimensões e as posições de cada componente e conexão existentes na descrição estrutural do sistema.

10 PROJETO DE SISTEMAS Principalmente produtos eletrônicos em geral e sistemas digitais em particular, consiste sempre de pelo menos três fases, cada uma centrada em uma das representações de projeto: 1. Derivar uma representação comportamental da funcionalidade do produto 2. Converter esta representação para uma representação estrutural contendo componentes de uma dada biblioteca de componentes 3. Produzir uma representação física que especifica como montar e fabricar o produto

11 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Representações Numéricas Lidamos constantemente com quantidades, não só na tecnologia como nas áreas de negócios, comércios, etc. Quantidades são medidas, monitoradas, gravadas, manipuladas, observadas e de certa forma utilizada na maioria dos sistemas Quando lidamos com diversas quantidades, é de suma importância saber representar seus valores de maneira eficiente e precisa.

12 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Representações Numéricas Basicamente, existem duas formas de representação dos valores numéricos das quantidades: a analógica e a digital. Representação Analógica Analogicamente, uma quantidade é representada por outra que é proporcional à primeira Variam continuamente dentro de uma faixa de valores Representação Digital As quantidades são representadas por símbolos chamados dígitos e não por valores proporcionais. A representação digital varia em passos discretos.

13 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS ANALÓGICA = CONTÍNUA DIGITAL = DISCRETA(PASSO A PASSO) Quais das seguintes proposições são quantidades digitais, e quais são analógicas? Chave de 10 posições Medidor de corrente Sinal gerado por um interruptor liga-desliga Marcador de combustível de um automóvel Dimmer de ventilador Temperatura Controle de volume de um rádio

14 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Sistemas Digitais e Analógicos Um sistema digital resulta na combinação de dispositivos desenvolvidos para manipular quantidades físicas ou informações que são representadas na forma digital Um sistema analógico é formado por dispositivos que manipulam quantidades físicas representadas sob forma analógica

15 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Vantagens dos Sistemas Digitais São mais fáceis de projetar O armazenamento da informação é fácil Precisão e exatidão são maiores As operações podem ser programadas São menos afetados por ruídos São mais adequados a integração

16 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Qual a grande desvantagem dos sistemas digitais? O MUNDO É PREDOMINANTEMENTE ANALÓGICO

17 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Para se tirar proveito das técnicas digitais quando lidamos com entradas e saídas analógicas, três etapas devem ser executadas: Converter o mundo real das entradas analógicas para a forma digital Processar(ou operar) a informação digital Converter as saídas digitais de volta para o mundo real, em sua forma analógica

18 SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS Temperatura (Analógico) Dispositivo de Medida Analógico Conversor analógicodigital Digital Processamento digital Digital Analógico Ajuste de Temperatura Controlador Conversor digitalanalógico Diagrama em blocos de um sistema de controle de temperatura que necessita de conversões analógico/digitais para que faça uso das técnicas de processamento digitais

19 SISTEMAS DIGITAIS - INTRODUÇÃO Um sistema digital pode ser definido como um conjunto de componentes interconectados que processam informações em forma digital ou discreta. Na maioria dos sistemas digitais, os componentes básicos utilizados são dispositivos eletrônicos chamados CIRCUITOS INTEGRADOS(CIs)

20 SISTEMAS DIGITAIS - INTRODUÇÃO Sistemas digitais modernos abrangem uma vasta gama de graus de complexidade. Os componentes disponíveis para a construção de sistemas digitais vão desde chaves do tipo liga-desliga até computadores complexos. Obviamente quanto mais componentes tem o sistema mais complexo ele é e, consequentemente, mais difícil de entender seu funcionamento e de projetá-lo. Daí a importância do uso de níveis de abstração.

21 NÍVEIS DE ABSTRAÇÃO Também conhecido como granularidade, é caracterizado pelo tipo de objetos utilizados na representação. Em geral, pode-se identificar quatro diferentes tipos de objetos em um produto eletrônico: Transistores Portas Registradores Processadores

22 NÍVEIS DE ABSTRAÇÃO Nível Comportamento Estrutura Físico Transistor Equações diferenciais, diagramas correntevoltagem Transistores, Resistores, capacitores Células analógicas e Digitais Portas Equações Booleanas, máquinas de estado finitas(fsm) Portas lógicas, Flip-flops Módulos, unidades Registradores Algoritmos, flowcharts, conjunto de instruções, generalizações de FSMs Somadores, comparadores, contadores, registradores Micro circuitos Processador Especificação executável, programas Processadores, controladores, ASICs Placas de circuito impresso, módulos multicircuitos

23 COMPONENTES Transistores, resistores, capacitores Portas lógicas Registradores Processador

24 NÍVEL DE TRANSISTORES Combinados para formar circuitos analógicos e digitais que realizam um dada funcionalidade A representação física destes circuitos, denominados células, podem consistir de componentes do nível de transistores e as conexões que os interconectam

25 NÍVEL DE PORTAS Portas lógicas são circuitos especiais que implementam operações Booleanas, tais como E ou OU. Um flip-flop é um elemento básico de memória que é capaz de armazenar um bit de informação, podendo assumir o valor 0(falso) ou 1(verdadeiro). Portas e flip-flops são células digitais que podem ser agrupadas para formar módulos ou unidades aritméticas e de memória.

26 NÍVEL DE PORTAS Os módulos são utilizados como componentes básicos no nível de registradores. O comportamento de cada módulo pode ser descrito com o uso de equações Booleanas e diagramas de máquinas de estados finitas(finite State Machines FSMs)

27 NÍVEL DE REGISTRADORES Seus principais componentes são unidades aritméticas e de memória, tais como, somadores, comparadores, multiplicadores, contadores, registradores, bancos de registradores, filas, etc. Cada um destes componentes é um módulo com dimensões fixas, um atraso de propagação e um conjunto de posições(fixas) para as entradas e saídas o módulo

28 NÍVEL DE REGISTRADORES Estes componentes do nível de registradores podem ser montados e interconectados em micro circuitos, que podem ser usados como componentes básicos neste nível de abstração Usualmente, estes micro circuitos são descritos por fluxogramas, conjuntos de instruções, diagramas de FSMs ou tabelas de estado.

29 NÍVEL DE PROCESSADOR Tem como componentes básicos: processadores, memórias, controladores e interfaces. Possuem também circuitos de aplicação específica(application Specifc Integrated Circuits ASICs)

30 NA PRÓXIMA AULA: SISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAIS