MICROELETRÔNICA LISTA DE EXERCÍCIOS UNIDADE 2

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1 MICROELETRÔNIC LIT E EXERCÍCIO UNIE 2 Fernando Moraes 18/JNEIRO/2016 LÓGIC INÂMIC 1) Explique a operação de poras com lógica dinâmica uilizando o exemplo ao lado. esenhe ambém um diagrama de empos mosrando o comporameno de em função de X, Z, clo. PREENTE NO IGRM E TEMPO UM TRNIÇÃO INVÁLI, E JUTIFIUE PORUE EL É INVÁLI. X Z X Z clo 2) Explique o que é lógica dinâmica OMINÓ, e onde a mesma é uilizada. FLIP-FLOP 3) Para o circuio de memória apresenado abaixo, pede-se: a) O circuio é sensível ao nível ou a borda do sinal clk? b) e for sensível à borda do clk, é sensível à borda de subida ou descida? e for ao nível, o circuio é ransparene ao nível lógico 0 ou ao nível 1? c) Preencha as formas de onda para os sinais inernos o1 e o sinal de saída q. d) ual a limiação e/ou problema dese circuio? Esa limiação e/ou problema deve aparecer nas formas de onda. CLK o1 Clk CLK o1 1

2 4) Considere o circuio flip-flop mesre-escravo represenado abaixo: 1 TG fechado com = 1 TG fechado com = 0 a) saída do circuio, sinal, é sensível ao nível ou a borda do sinal clk? b) e o sinal de saída do circuio () for sensível à borda do clk, é sensível à borda de subida ou descida? e for ao nível, o circuio é ransparene ao nível lógico 0 ou ao nível 1? c) Preencha as formas de onda abaixo para o sinal inerno 1 e o sinal de saída. Clk 1 5) Circuios síncronos. Para os circuios de memória abaixo, com valor inicial do 1= 0 e 2= 0, deermine o comporameno de ambos os circuios, compleando os diagramas de empo abaixo. Não desenhe apenas os diagramas de empo, explique-os. O araso inerno refere-se ao empo do inversor mais o do circuio de memória. Lach (araso inerno 1 ns) Mesre escravo (araso inerno 1 ns) ET 1 ET 2 clo CLR clo CLR 2

3 Clk ) Considere o circuio flip-flop mesre-escravo represenado abaixo. a) ual o comporameno dos sinais {X,Y,Z} quando o sinal é igual ao nível lógico alo ( 1 )? b) ual o comporameno dos sinais {X,Y,Z} quando o sinal é igual ao nível lógico baixo ( 0 )? c) qual borda de ese flip-flop é sensível? Jusifique. Responda a esa quesão mosrando o circuio equivalene quando =0 ou =1. Para os iens a e b diga qual a pare do circuio que esá amosrando o dado de enrada e qual pare do circuio esá manendo o valor anerior. Vcc Vcc Vcc X Y Z 7) Considere o circuio represenado abaixo, composo por 4 inversores e 4 ransisores N. a) Explique seu comporameno, dizendo se o mesmo é sensível à borda (qual borda?) ou ao nível (qual nível?) em relação ao sinal CLK. Jusifique a resposa ilusrando o comporameno do circuio para cada fase do clo, assumindo CLK sem defasem emporal em relação ao sinal de CLK. b) ssumir agora que a árvore de relógio gere os sinais de clo como abaixo, com sobreposição nos níveis lógico 1 e 0. O que ocorre com ese circuio quando há sobreposição dos níveis em CLK e CLK? pone uma possível solução para reduzir os problemas relacionados a ese problema (clo overlapping). 8) Circuios síncronos dinâmicos. Explique o comporameno dos circuios abaixo, desenhando formas de onda que corroborem o comporameno explicado. iga para cada circuio, se o seu comporameno é equivalene a um regisrador lach ou a um mesre-escravo. 3

4 9) Considere o circuio represenado abaixo. a) Explique o comporameno do circuio ao lado, considerado o sinal clkg como um pulso. iga como se compora o nodo a em função do pulso clkg. b) Ese circuio opera como um circuio de armazenameno do ipo lach ou mesre escravo? c) esenhe a forma de onda esperada para o sinal. clkg a clkg TG fechado com = 1 TG fechado com = 0 clkg 4

5 10) Uilizando uma lach, um dado projeisa resolveu subsiuir os FFs mesre-escravos do conador, uilizando um clo na forma de pulso no primeiro bi. Pede-se: a) Explique o comporameno dese novo circuio, dizendo se o mesmo vai operar como um conador ou não. b) presene as formas de onda para clo (glich), e o que se obém nos sinais 0 e 1 [2 e 3 são opcionais] LTCH LTCH LTCH LTCH GLITCH Clo CIRCUITO RITMÉTICO 11) ado o circuio ao lado, composo por 4 poras lógicas (2 poras complexas e dois inversores), deermine as equações de F1 e F2, e diga se o circuio corresponde ou não a um somador. Em caso afirmaivo, jusificar. C i V Ci X C i V Ci V C i C i V F1 F2 12) urane o esudo de operadores ariméicos, foram esudadas cinco arquieuras de somadores, com as seguines caracerísicas: a/ duplicação do cálculo de vai-um, e uilização de muliplexadores; b/ uilização da propriedade propagação para acelerar o cálculo do vai-um; c/ arranjo em árvore de somadores simples; d/ cálculo explício da geração de vai-um aravés de uma pora complexa; e/ propagação do vai-um bi-a-bi. Pede-se: - diga o nome de cada um deses somadores; - analisando o compromisso área versus desempenho, qual somador você uilizaria para as seguines configurações: (a) aé 12 bis; (b) enre 12 e 32 bis; (c) acima de 32 bis. Jusifique as escolhas. 13) enre os somadores esudados, explique para a arquieura Carry Look-head: a) princípio de funcionameno; b) limiações dese somador; c) para a equação do gerador de vai-um do erceiro bi: mosre como obê-la, e o diagrama de ransisores da função. 5

6 14) presena-se abaixo o diagrama do somador carry-bypass para 4 bis. Pede-se: a) ual o princípio de funcionameno dese somador? b) Como é consruído um somador carry-bypass para 20 bis? c) Mosre, aravés de equações booleanas, porque o bypass é mais rápido, mesmo quando odos os módulos do bypass não adianam o vai-um Cou r o d a x le lip u M C o,3 3 C o,2 2 C o,1 1 C o,0 0 C i,0 P = P3.P2.P1.P0 15) O somador carry save, uilizado nos muliplicadores, serve para realizar a soma quando há várias parcelas a serem adicionadas. ados os seguines valores: = (13 10 ) = (5 10 ) C = (11 10 ) = (10 10 ) E = (7 10 ) F = (12 10 ) Mosre a obenção e os valores de (C1/1), (C2/2), (C3/3), (C4/4) e a soma final (5). F E C Carry ave Carry ave C1 1 C2 2 Carry ave C3 3 Carry ave C4 4 Carry Propagae E F C C C2 1 3 C3 C1 4 C4 oma 16) presena-se abaixo o diagrama de um módulo do somador carry-selec para 4 bis. Considerando que desejamos implemenar um somador de 64 bis, eremos 16 módulos de 4 bis (N=64, M=4). Considerando apenas o empo do (4 ns) e o empo do muliplexador (1ns), diga qual o araso máximo esperado para ese somador carry-selec de 64 bis, e qual o araso máximo para o ripplecarry de 64 bis. ual o número ransisores, qual o número oal de ransisores para cada um dos somadores? 6

7 b3 a3 b2 a2 b1 a1 b0 a0 0 cou 1 cin s3 s2 s1 s0 17) presena-se abaixo o diagrama lógico de um muliplicador de 3 bis. omador Compleo () = a xor b xor c Cou = a.b + a.c + b.c ados os seguines valores: = 101 ( 5 10 ) = 011 ( 3 10 ) Cou 2 0 Cou a) Mosrar no desenho odos os valores de enrada e saída dos, assim como o valor do produo final. Cou Cou b) Calcular e apresenar o número de ransisores dês muliplicador. 0 a b Cou c Cou P0 P1 P2 P3 P4 P5 18) Operações muio comuns em processadores são os deslocamenos e as roações. presenar uma mariz de ransisores capaz de realizar roações para a direia para palavras de 4 bis. Exemplo de operação: Enrada Ro. 1 bi direia aída Ro. 2 bis direia Ro. 3 bis direia Ro. 4 bis direia (null) ) Muliplicação. presena-se abaixo o diagrama lógico de dois muliplicadores de 4x4 bis. (a) (1,0) ual a diferença enre os dois muliplicadores, e indique qual é o mais rápido. Jusifique a resposa. (b) (0,7) upondo X=1111 e Y=1101, mosre os resulados inermediários, mosrando que ambos chegam à mesma resposa. (dica para fazer na prova: colocar o valor das Ns denro da pora lógica) (c) (0,8) Considerando que o (somador compleo) em 28 ransisores e o H (meio somador) 14 ransisores, qual o número oal de ransisores para o somador mais rápido? 7

8 (a) Muliplicador 1 (b) Muliplicador 2 FLUXO E PROJETO 20) escreva o nível de precisão que o projeisa obém como informação do funcionameno do circuio com: a) simulação VHL; b) simulação com VHL ou Verilog mapeado após a sínese, com anoação de araso F; c) simulação pice após exração lógica obida do layou. 21) O projeo de circuios inegrados pode ser feio segundo diferenes méodos, como full cusom, sandard-cells, gae array, FPG, enre ouros. s figuras abaixo caracerizam dois dos méodos acima relacionados. Preencha a abela conforme os iens soliciados. Nome do méodo de projeo Camadas que devem ser fabricadas na foundry Reuso de wafers com circuios pré-fabricados (possível ou impossível, e a razão) Cuso (maior ou menor, e a razão) 8