Visão geral sobre sistemas digitais

Transcrição

1 Visão geral sobre sistemas digitais MAT115 Introdução ao Processamento de Dados Professor: Ibirisol Fontes Ferreira DCC: Departamento de Ciência da Computação

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3 O que será abordado? Conceitos básicos de sistemas digitais Grandezas analógicas e digitais Organização e funcionamento básico de um sistema computacional

4 Grandezas Analógicas e Digitais Os circuitos eletrônicos podem ser divididos em duas grandes categorias, digitais e analógicos A eletrônica digital envolve grandezas com valores discretos e a eletrônica analógica envolve grandezas com valores contínuos Muitas aplicações requerem conhecimentos das duas áreas, sendo igualmente importantes os conhecimentos relativos ao interfaceamento entre essas áreas

5 Grandezas Analógicas e Digitais Sistemas digitais usam dígitos discretos para representar números Representados por uma série de 1s e 0s Sistemas analógicos usam quantidades variáveis contínuas Geralmente, uma tensão ou corrente é utilizada para representar um valor específico Sistemas analógicos podem geralmente lidar com maior potência do que os sistemas digitais

6 Grandezas Analógicas e Digitais

7 Grandezas Analógicas e Digitais Grandezas analógicas A maioria das quantidades naturais que vemos são analógicos e variam continuamente. Sistemas analógicos podem geralmente lidar com maior potência do que os sistemas digitais Temperature ( F) A.M. Os sistemas digitais podem processar, armazenar e transmitir dados de forma mais eficiente, mas só pode atribuir valores discretos para cada ponto. P.M. Time of day

8 Grandezas Analógicas e Digitais Muitos sistemas utilizam uma mistura de componentes eletrônicos analógicos e digitais para tirar proveito de cada tecnologia Um player típico de CD aceita dados digitais oriundos de uma unidade de CD e converte para um sinal analógico CD drive Digital data Digital-to-analog converter Analog reproduction of music audio signal Linear amplifier Speaker Sound waves

9 Grandezas Analógicas e Digitais Na Eletrônica digital usa-se circuitos que têm dois estados, que são representados por dois níveis de tensão diferentes chamados de altos e baixos As tensões representam números no sistema binário Em binário, um único número é chamado de bit (dígito binário) Um bit pode ter o valor de um 0 ou um 1, dependendo se a tensão é alta ou baixa V H(max) HIGH V H(min) V L(max) Invalid LOW V L(min)

10 Ondas digitais A Forma de uma onda digital muda entre os níveis baixo (LOW) e alto (HIGH) Um pulso positivo é aquele que vai de um nível LOW a um nível HIGH e logo depois volta ao nível LOW As formas tomadas por uma onda digital é feita por uma série de pulsos HIGH HIGH Rising or leading edge Falling or trailing edge Falling or leading edge Rising or trailing edge LOW LOW t 0 t 1 t 0 t 1 (a) Positive going pulse (b) Negative going pulse

11 Pulsos Pulsos usados nos sistemas não são ideais, mas são descritos pelo tempo de subida, tempo de descida, amplitude, e outras características 90% Overshoot Ringing Droop Amplitude 50% t W Pulse width 10% Ringing Base line t r t f Undershoot Rise time Fall time

12 Pulsos periódicos Pulsos periódicos são compostos de pulsos que se repete em intervalos fixos chamado período A frequência é a taxa que se repete e é medida em hertz f 1 T T 1 f O relógio (clock) é um sinal temporizado básico que é um exemplo de onda periódica

13 Pulsos periódicos Qual é o período de uma onda, que se repete, se f = 3,2 GHz?

14 Pulsos periódicos Qual é o período de uma onda, que se repete, se f = 3,2 GHz? T 1 f GHz 313 ps

15 Pulsos periódicos Adicionalmente para a frequência e período, as formas da onda são descritas por a amplitude (A), Comprimento de onda (Tw) e do ciclo de trabalho O ciclo de trabalho é a razão da Tw por T Volts Amplitude (A) Pulse width (t W ) Period, T Time

16 Diagrama de tempo Um diagrama de tempo é usado para mostrar a relação entre duas ou mais formas de onda digitais Clock A B C Um diagrama como o acima pode ser observado diretamente em um analisador lógico (instrumento eletrônico)

17 Sinais digitais e paralelos Os dados entre componentes eletrônicos podem ser transmitidos de forma serial ou paralela Computer t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 Modem Computer 1 0 Printer t 0 t 1

18 Funções lógicas básicas Os dados entre componentes eletrônicos podem ser transmitidos de forma serial ou paralela Verdadeiro somente se todas as condições de entrada são verdadeiras Verdadeiro somente se uma ou mais condições de entrada são verdadeiras. Indica o estado oposto.

19 Funções de um sistema A funções lógicas and, or e not podem ser combinadas para formar várias funções lógicas mais complexas Função de comparação Two binary numbers A B Comparator A > B A = B A < B Outputs Funções aritméticas (básica) Adder Two binary numbers A B Σ C out Sum Carry out Carry in C in

20 Funções de um sistema Função de codificação HIGH / Calculator keypad Encoder Binary code for 9 used for storage and/or computation Função de decodificação Decoder Binary input 7-segment display

21 Funções de um sistema Função de seleção de dados A B Multiplexer t 1 Data from A to D Data from B to E Data from C to F Data from A to D t 1 t 2 t 3 t 1 Demultiplexer t 1 D E t 2 t 2 C t 3 t 3 F Switching sequence control input Switching sequence control input

22 Funções de um sistema Função de contagem Counter Parallel output lines Binary code for 1 Binary code for 2 Binary code for 3 Binary code for 4 Binary code for 5 Input pulses Sequence of binary codes that represent the number of input pulses counted.

23 Funções de um sistema Um tipo de função de armazenamento é o registrador de deslocamento (shift register), que se move e armazena os dados cada vez que é gerado um clock Serial bits on input line Initially, the register contains only invalid data or all zeros as shown here. First bit (1) is shifted serially into the register. Second bit (0) is shifted serially into register and first bit is shifted right. Third bit (1) is shifted into register and the first and second bits are shifted right. Fourth bit (0) is shifted into register and the first, second, and third bits are shifted right. The register now stores all four bits and is full.

24 ...?

25 Referências Sistemas Digitais: Fundamentos e Aplicações. Floyd, Thomas L.. Bookman, 2007, 9 edição. PowerPoints for Digital Fundamentals, 10th edition, Acessado: Set/2014 IDOETA, Ivan Valeije; CAPUANO, Francisco Gabriel. Elementos de eletrônica digital. Livros Erica, 1982.