Arquitectura de Computadores I. Sistemas Digitais Sequenciais

Transcrição

1 istemas igitais equenciais António M. Gonçalves Pinheiro epartamento de Fï sica Covilhã - Portugal pinheiro@ubi.pt

2 Circuitos Biestáveis ( Latches") - epresenta o próximo Biestável com NAN EET" EET" ET" ET" Manutenção Manutenção - epresenta o próximo activo em EETt t

3 Circuitos Biestáveis ( Latches") Circuito Biestável ( Latch") - Circuito com capacidade de armazenamento de um bit Biestável com NAN EET" EET" ET" ET" Manutenção Manutenção - epresenta o próximo Não usado EET" ET" Manutenção activo em ETt t activo em EETt t

4 Circuitos Biestáveis ( Latches") Biestável com NO Manutenção Manutenção ET" ET" EET" EET" - epresenta o próximo Manutenção ET" EET" Não usado activo em ETt t activo em EETt t

5 Circuitos Biestáveis ( Latches") Biestável controlado EN Manutenção Manutenção ET" EET" (não usado) EN - epresenta o próximo EN EN EN

6 FLIP-FLOP Flip-Flops - armazenam um bit O bit é armazenado num Flip-Flop quando existe transição de nível lógico da entrada de controlo, usualmente chamada CLO. ois tipos de Flip Flops: - Edge Trigered - Master lave Flip-Flop tipo n+ n C

7 FLIP-FLOP Flip-Flop tipo JK J K n+ n n n J K J C K Flip-Flop tipo T T n+ T n n n T C

8 Terminais Assíncronos: - - eset = = - - et = = FLIP-FLOP com Entradas Assíncronas C J K J C K T T C n+ n J K n+ n n n T n+ n n n

9 Exemplo de circuito: Contador em anel torcido FLIP-FLOP C C C

10 Arquitectura de Computadores I FLIP-FLOP Exemplo de circuito: Contador em anel torcido - Análise (Módulo = N) C C C = = = 3 Estado 3 4 5

11 Controladores igitais Controladores igitais: Circuitos digitais sequenciais síncronos que estabelecem sequências temporais de acordo com entradas de controlo. Controlador Genérico: Entrada Lógica Combinacional aída Estado Memória (Flip-Flops) Neste curso são estudados os controladores sequenciais com um Flip-Flop por estado. Este tipo de controladores têm como principal vantagem, a grande simplicidade de projecto.

12 Controladores igitais Exemplo de Controladores igital com um Flip-Flop por estado: Projecte um circuito que estabeleça a seguinte sequência de controlo num sistema de luzes com uma lâmpada Vermelha, Azul e Verde: O sistema tem uma variável M que controla a sequência. da seguinte forma: e M= = Vermelho Verde+Azul (Tudo apagado) (Volta ao princípio) e M= = Vermelho Verde Azul (Volta ao princípio)

13 Controladores igitais Exemplo de Controladores igital com um Flip-Flop por estado: Projecte um circuito que estabeleça a seguinte sequência de controlo num sistema de luzes com uma lâmpada Vermelha, Azul e Verde: O sistema tem uma variável M que controla a sequência. da seguinte forma: e M= e M= Vermelho Verde+Azul (Tudo apagado) (Volta ao princípio) Vermelho Verde Azul (Volta ao princípio) Fluxograma Estabelece a sequência de controlo pretendida Vermelho M? Verde, Azul 4 Verde 3 Azul 5

14 Controladores igitais Exemplo de Controladores igital com um Flip-Flop por estado: Projecte um circuito que estabeleça a seguinte sequência de controlo num sistema de luzes com uma lâmpada Vermelha, Azul e Verde: O sistema tem uma variável M que controla a sequência da seguinte forma: e M= e M= Vermelho Verde+Azul (Tudo apagado) (Volta ao princípio) Vermelho Verde Azul (Volta ao princípio) Controlador igital equencial Estado α i aída σ α C σ Vermelho α M Verde, Azul M? 3 4 Verde Azul 5 Interrogação União M? γ β α σ γ α α α σ γ γ β aída i aída σ i aída

15 Fluxograma Vermelho Controladores igitais Controlador igital equencial α Verde, Azul M? 4 Verde Estado i aída σ α α C σ M 3 Azul 5 Interrogação M? γ β α γ β Circuito União α γ σ α σ γ Vcc M Vermelho α i aída 3 C C C Verde Azul aída σ i aída INIC INIC 4 5 C C INIC

16 Controladores igitais Fluxograma Verde, Azul Vermelho M? 4 Verde INIC M =Vermelho 3 3 Azul Circuito Verde Azul Vcc M Vermelho 3 C C C Verde Azul INIC 4 5 C C

17 Controladores igitais Exemplo de Controlador Projecte um controlador digital para o aparelho de tirar cafés da figura. Consoante a moeda que entra vão ser activadas as variáveis e de acordo com a tabela. Assim, a máquina aceita moedas de cêntimos e 5 cêntimos. ualquer outra moeda é devolvida, e um depósito de moedas de cêntimos está disponível para permitir dar troco. O custo de cada Café é cêntimos e quando uma moeda de 5 cêntimos é introduzida, a máquina de café deve produzir dois cafés e dar o respectivo troco. Além disso estão disponíveis as seguintes variáveis de controlo: ec - Activa a possibilidade de recolha de moeda ev - Activa a devolução da moeda introduzida T - Activa a devolução de uma moeda de cêntimos ai - Activa a saída do Café Caf - Activa a produção de um café Para controlar o tempo de produção de um café o sistem disponibiliza uma variável lógica caf que quando a UM lógico define que o café já está pronto. ec ev T ai Caf ignificado Moeda de. Moeda de.5 Moeda. e.5 Nenhuma Moeda caf

18 Fluxograma Controladores igitais ec??? ev T 3 Caf 6 Caf 4 caf? caf? ai 7 ai 5

19 Controladores igitais Circuito caf ec Vcc C Vcc C 6 Vcc 7 C Caf ai INIC Vcc 3 C Vcc 4 C Vcc 5 C T Vcc C ev

20 Controladores Aritméticos Arquitectura M M M B A ALU F eg. α eg. β α W α β W β eg. Flags F F Z F Ov Acumulador WA A M M M F A+B A-B A+ A- A.B A+B A+B A

21 Arquitectura Controladores Aritméticos M M M B A ALU F eg. α eg. β α W α β W β Controlador que faça a seguinte operação: α = { β se α β α β se α < β eg. Flags F F Z F Ov Acumulador WA A M M M F A+B A-B A+ A- A.B A+B A+B A α W A M β W A 3 > Αcc α > Αcc Αcc β > Αcc F - Flag de inal (Bit mais significativo do Acumulador). F Z - Flag de Zero (=F N +...+F +F ). F Ov - Flag de Overflow"(=C N C N ). N - imensão da palavra binária da arquitectura. F A W 4 5 α β W α?

22 Arquitectura de Computadores I Contadores Contadores: Circuitos digitais sequenciais síncronos que contam o número de ciclos de relógio Circuito contador módulo N : J C J K K J C J K K J C J K K J C J K K "" = J = K = J = 3 K =

23 Contadores Integrados Contadores Binários Módulo 4 69 Up/own LOA/COUNT UP/OWN ENT ENP CLK 69 CTIV6 M M M3 M4 3CT=5 G5 4CT= G6,3,5,6 +/C7,4,5,6 - CO A B C,7 [] [] [4] [8] A B C

24 Contadores Integrados Contadores Binários Módulo 4 69 Up/own 69 LOA/COUNT UP/OWN ENT ENP CLK CTIV6 M M M3 M4 3CT=5 G5 4CT= G6,3,5,6 +/C7,4,5,6 - CO UP,3,5,6 +/C7,4,5,6 - A B C,7 [] [] [4] [8] A B C OWN

25 Contadores Integrados Contadores Binários Módulo 4 69 Up/own 69 LOA/COUNT UP/OWN ENT ENP CLK CTIV6 M M M3 M4 3CT=5 G5 4CT= G6,3,5,6 +/C7,4,5,6 - CO UP,3,5,6 +/C7,4,5,6 - A B C,7 [] [] [4] [8] A B C OWN

26 Contadores Integrados Contadores Binários Módulo CL CTIV6 CT= CL CTIV6 5CT= LOA/COUNT ENT ENP CLK M M G3 G4 C5/,3,4+ 3CT=5 CO LOA/COUNT ENT ENP CLK M M G3 G4 C5/,3,4+ 3CT=5 CO A B C,5 [] [] [4] [8] A B C A B C,5 [] [] [4] [8] A B C eset Assíncrono eset íncrono

27 Contadores Binários Módulo BC Contadores Integrados 6 6 CL CTIV CT= CL CTIV 5CT= LOA/COUNT ENT ENP CLK M M G3 G4 C5/,3,4+ 3CT=9 CO LOA/COUNT ENT ENP CLK M M G3 G4 C5/,3,4+ 3CT=9 CO A B C,5 [] [] [4] [8] A B C A B C,5 [] [] [4] [8] A B C eset Assíncrono eset íncrono

28 egistos egisto de N bits N- C C C C W N- egisto de eslocamento N- IN C C C C N-

29 egistos Integrados 98 CL CLK E A B C E F G G8 }M 3 C4 /,4 3,4 3,4 H 3,4 L E,4 A B C E F G H MOO TOP HIFT IGHT HIFT LEFT LOA

30 egistos Integrados LOA/HIFT CLK CLK M M C3/ C4 G4 CL LOA/HIFT CLK M M C3/ G4 E A B C A B C J K A B C,3J,3K,3,3 A B C