Circuitos Sequenciais I

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1 Circuitos Sequenciais I José Costa Introdução à Arquitetura de Computadores epartamento de Engenharia Informática (EI) Instituto Superior Técnico José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 1

2 Sumário Básculas Registos Bancos de Registos Memórias Códigos Numéricos e Alfanuméricos José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 2

3 Circuitos Sequenciais Circuitos combinatórios têm uma grande limitação Não permitem guardar informação José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 3

4 Básculas Sensíveis ao Nível S José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 4

5 Báscula SR S R (n-1) (n) S S R R S R S R S R (n) 0 0 (n-1) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 5

6 Outras Básculas S R c c José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 6

7 Sinais de Relógio Existem circuitos sequenciais síncronos e assíncronos Sinal de relógio elimina sinais erróneos Resultados das operações são sincronizados pelo sinal relógio CLK T t1 t2 Se o período de relógio for de 100ns, T = 100ns, então a frequência de relógio será de f = 10MHz: f = 1 T = 1 100ns = s = 107 Hz = 10MHz José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 7

8 Básculas Atualizadas no Flanco do Relógio S R CLK J K T J K (n) (n) 0 0 (n 1) (n 1) (n 1) (n 1) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 8

9 Registos Básicos A 3 A 2 A 1 A 0 CLK B 3 B 2 B 1 B 0 A 4 CLK B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 9

10 Sinais de Controlo de Registos A 3 A 2 A 1 A 0 Ld 0M U 1 X 0M U 1 X 0M U 1 X 0M U 1 X CLK B 3 B 2 B 1 B 0 A 4 Ld CLK Ld B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 10

11 Sinais de Controlo de Registos A 3 A 2 A 1 A 0 Cl CLK B 3 B 2 B 1 B 0 A 4 Cl CLK Cl B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 11

12 Sinais de Controlo de Registos A 3 A 2 A 1 A 0 Ld Cl 0M U 1 X 0M U 1 X 0M U 1 X 0M U 1 X CLK B 3 B 2 B 1 B 0 A Ld Cl CLK Ld Cl B 4 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 12

13 Sinais de Controlo de Registos A 3 A 2 A 1 A 0 Reset CLK R R R R B 3 B 2 B 1 B 0 A 4 Reset CLK Reset B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 13

14 Registos de eslocamento CLK B 3 B 2 B 1 B 0 CLK B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 14

15 Registos de eslocamento A 3 A 2 A 1 A 0 S 0 S1 0M 1 U 2 3 X 0M 1 U 2 3 X 0M 1 U 2 3 X 0M 1 U 2 3 X E CLK B 3 B 2 B 1 B 0 A E S0 S1 CLK S S 0 1 B 4 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 15

16 Sinais de Estado de Registos A 3 A 2 A 1 A 0 CLK Z B 3 B 2 B 1 B 0 A 4 CLK Z Zero B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 16

17 Bancos de Registos n 3 Escrita Sel Banco de 8 registos SelA SelB 3 3 A B n n José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 17

18 Bancos de Registos n Sel 3 En Escrita escodificador Ld R7 n n n n n n n n Ld Ld Ld Ld Ld Ld Ld R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 CLK n n n n n n n n SelA 3 SelB Sel MUX n A Sel MUX n B José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 18

19 Memórias n bits p palavras... José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 19

20 Memórias de Acesso ireto CS R/W n m ados Endereços José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 20

21 Memórias de Acesso ireto Relógio 10ns T1 T2 T3 T0 T1 Mem Enable Read / Write Endereços Endereços válidos ados Válidos Tempo de acesso = 25ns José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 21

22 Memórias de Acesso ireto Relógio 10ns T1 T2 T3 T0 T1 Mem Enable Read / Write Endereços Endereços válidos ados ados Tempo de acesso = 25ns José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 22

23 Memórias de Acesso ireto Endereços (metade baixa) escodificador R/W ados 1 Endereços (metade alta) CS En e s c o d i f i c a d o r c c c c c c c c c c c c c c c c José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 23

24 Memórias de Acesso ireto ados escodificador de linha escodificador de coluna R/W c José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 24

25 Memórias inâmicas ados escodificador de linha escodificador de coluna C José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 25

26 Memórias FIFO ados Inc n R W Lógica de controlo Inc Leitura m r w Escrita m... n ados Vazio Cheio José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 26

27 Memórias FIFO n ados (entrada) ados (saída) n R Vazio W Cheio José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 27

28 Códigos Representação em base 2 permite a representação de números em sistemas digitais Mas nem toda a informação é númerica E.g. Texto José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 28

29 Codificação Se quiseremos representar informação que pode ter um de dois valores então usamos binário Se no entanto a informação tiver mais que dois valores então temos que codificar essa informação Exemplo Elevador num edifício com 6 pisos: 2 caves, o r/c e mais 3 andares. Como codificar a informação sobre em que piso está o elevador? o 0 até 5? istinguindo os andares de cima dos da cave? Com restrições: dois bits a um, dois bits a zero? José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 29

30 Codificação Código Correspondência entre as entidades a representar e a sua codificação Palavra do código Cada uma das configurações Comprimento do código Número de bits da palavra do código Importante: Não pode haver codificações repetidas! José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 30

31 Códigos Numéricos Base 2 serve normalmente para representar números Código binário natural Mas pode haver necessidade de outro tipo de representação Codificar algarismos decimais = 0111 BC José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 31

32 Códigos Refletidos Também conhecidos como código de Grey Em dois números sucessivos apenas se altera 1 bit Número Grey José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 32

33 Códigos Alfanuméricos Como representar texto em sistemas digitais? Solução: codificar cada caracter Um dos códigos mais usados é o ASCII (American Standard Code for Information Interchange) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 33

34 ASCII b 6 b 5 b b 3 b 2 b 1 b 0 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h Simbolos Letras Letras Controlo Números Maiusculas Minusculas h NUL LE SP P p h SOH C1! 1 A a q h STX C2 " 2 B R b r h ETX C3 # 3 C S c s h EOT C4 $ 4 T d t h EN NAK % 5 E U e u h ACK SYN & 6 F V f v h BEL ETB 7 G W g w h BS CAN ( 8 H X h x h HT EM ) 9 I Y i y 1010 Ah LF SUB * : J Z j z 1011 Bh VT ESC + ; K [ k { 1100 Ch FF FS, < L \ l 1101 h CR GS = M ] m } 1110 Eh SO RS. > N ^ n ~ 1111 Fh SI US /? O _ o EL José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 34

35 Páginas da Web José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 35

36 UTF-8 Número de caracteres Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte = 128 0XXXXXXX 2 11 = XXXXX 10XXXXXX 2 16 = XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 2 21 = XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX Número de bytes Alfabetos 1 ASCII 2 erivados do Latim, Grego, Cirílico, Hebráico, Árabe, etc 3 Restantes caracteres,... 4 Alfabetos antigos,... José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 36

37 Representação igital da Informação 1 bit não é suficiente para representar informação. Agrupam-se por isso os bits em unidades de maior capacidade Conjunto de 4 bits - nibble Conjunto de 8 bits - byte ou octeto palavra - unidade mínima processada ou armazenada pelo sistema Pode ser 4, 8, 16 (caso do P3) ou outra qualquer - 16 é o mais comum Representação Múltiplo Potência em base 10 enominação 1k d Kapa 1M d Mega 1G d Giga 1T d Tera José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 37

38 Sumário Básculas Registos Bancos de Registos Memórias Códigos Numéricos e Alfanuméricos José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 38

39 Referências Arquitectura de Computadores: dos Sistemas igitais aos Microprocessadores, G. Arroz, J. Monteiro, A. Oliveira, Secções 1.3, 1.4 e 6 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 39

40 Próxima Aula Circuitos Sequenciais (cont.) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 40

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