Circuito de dados e circuito de controlo

Transcrição

1 Circuito de dados e circuito de controlo Considerações iniciais Exemplo 2 1

2 As metodologias estudadas até agora permitem projectar circuitos digitais combinatórios e digitais de pequena complexidade. Estas metodologias, porém, têm limitações evidentes quando se pretende projectar circuitos complexos. Os sistemas digitais são estruturados em módulos que interagem entre si para realizar a funcionalidade pretendida, projectando-se os módulos independentemente. 3 Cada módulo é estruturado em duas unidades principais, o circuito de dados, por vezes chamado unidade de processamento ou, em inglês data path e o circuito ou unidade de controlo. 4 2

3 O circuito de dados é constituído, tipicamente por módulos combinatórios e sequenciais que armazenam e processam os dados: Contadores e registos Multiplexadores e descodificadores Circuitos aritméticos e lógicos Barramentos de interligação O circuito de dados recebe os dados a processar e fornece os resultados desse processamento 5 O circuito de controlo é responsável por gerar os sinais de controlo que sequenciam as operações básicas do circuito de dados de modo a que o sistema realize as operações complexas pretendidas. A sequência de sinais de controlo gerada pela unidade de controlo pode depender dos resultados dos cálculos efectuados pelo circuito de dados. Esta informação é fornecida à unidade de controlo por bits de estado. 6 3

4 Os bits de estado dão informação sobre o resultado de cada passo de processamento no circuito de dados (por exemplo, o resultado é 0 ou é negativo ou houve overflow). O circuito de controlo pode também receber informação do exterior (por exemplo, uma ordem de arranque) e fornecer informação ao exterior (por exemplo, uma indicação de fim do processamento). 7 O circuito de controlo é tipicamente uma máquina de estados implementada por um dos métodos que foram apresentados. Assume-se, em geral, que o sinal de relógio do circuito de controlo e o do circuito de dados são o mesmo, isto é, que os dois circuitos estão sincronizados. 8 4

5 Um exemplo é um circuito capaz de realizar uma multiplicação. Há várias formas de realizar uma multiplicação. Neste exemplo vai usar-se um algoritmo que consiste em somar o multiplicando n vezes, sendo n o valor do multiplicador. 9 O circuito de dados é baseado, portanto, num somador. Há também três registos: Registo A: multiplicador Registo B: multiplicando Registo P: produto e resultados intermédios 10 5

6 O circuito de controlo vai ter de realizar as seguintes operações: 1. colocar o registo P a zero. 2. se o registo A contém zero, termina. Se não, 3. carregar em P a soma de P com B. 4. decrementar o registo A. 5. voltar para Este algoritmo implica que os registos tenham algumas funcionalidades. Assim: O registo P necessita de um reset e de poder ser carregado. O registo A deve ser um contador decrescente e indicar quando atinge o valor 0. Deve poder ser carregado com o valor inicial. O registo B deve poder ser carregado com o valor inicial. 12 6

7 O circuito de controlo será um circuito sequencial que gera a sequência de sinais para realizar o algoritmo apresentado atrás. Apresenta-se esse algoritmo sob a forma de um fluxograma que especifica a máquina de estados que será implementada como circuito de controlo. 13 No estado inicial os dados são carregados em A e B. A variável início vem do exterior e pede que a operação comece. A variável A=0 vem do circuito de dados: é o detector de 0 do contador A. No final, o circuito indica que a operação acabou e volta para o estado inicial 14 7

8 O circuito de dados pode ser realizado com circuitos integrados comuns (listam-se os disponíveis no laboratório). Somador: 74HCT283 Contador A: 74HCT191 ou 74HCT193 ou 74HCT169 Registo B e registo P: 74HCT195 ou qualquer dos contadores disponíveis em modo carregamento (com excepção do 74HCT93) O circuito de controlo pode ser implementado de qualquer uma das formas estudadas. Usa-se um flip-flop por estado

9 O diagrama de blocos será: 17 A concepção de módulos com alguma flexibilidade deve ser feita dividindo o circuito em duas partes, como se viu: Uma, circuito de dados, onde os dados são armazenados e processados. Outra, circuito de controlo, projectado segundo o modelo das máquinas de estado, que implementa a execução do algoritmo subjacente à função pretendida para o módulo. 18 9

10 Livro recomendado, Secção 8.2 Existem muitos livros com capítulos sobre o assunto. A Internet é, como de costume, uma fonte que, explorada com espírito crítico, tem muito para dar