Universidade de Brasília. Sistemas Digitais. (recapitulando) Organização e Arquitetura de Computadores

Documentos relacionados
Dispositivo Lógico Programável(PLD)

Profa. Luiza Maria Romeiro Codá Profa. Dra Maria Stela Veludo de Paiva

SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

ELD - Eletrônica Digital Aula 11 Introdução à Lógica Programável. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

Introdução a Sistemas Digitais

Dispositivos Lógicos Programáveis (PLDs) Leandro Schwarz

1. Sistemas de numeração e códigos 23

PROJETO LÓGICO DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

ARQUITETURA DE COMPUTADORES. Nível da Lógica Digital. Prof.: Agostinho S. Riofrio

Hardware Reconfigurável

CIRCUITOS DIGITAIS. Contadores com Registradores e Memórias. Prof. Denis Fantinato Prof. Rodrigo Moreira Bacurau

Adriano J. Holanda FAFRAM. 4 e 11 de maio de 2012

Arquitetura e Organização de Computadores. Processador Registrador Memória. Professor Airton Ribeiro

Aula 11. Dispositivos Lógicos Programáveis. SEL Sistemas Digitais. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Sistemas Digitais (SD) Lógica Programável

REFERENCIAIS DO CURSO CERTIFICADO DE NÍVEL 4 ELECTRÓNICA DIGITAL (75 H)

3/14/2012. Programação de Computadores O Computador. Memória Principal representação binária

Sistemas Digitais (SD) Lógica Programável

SISTEMAS DIGITAIS MEMÓRIAS E CIRCUITOS DE LÓGICA PROGRAMÁVEL

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Revisão de Lógica Digital. Lógica Booleana Conversão A/D e D/A Circuitos digitais e Memória

MEMÓRIAS. Sistemas Digitais II Prof. Marcelo Wendling Nov/18

Dispositivos de Lógica Programável

Eletrônica Digital. Memórias Semicondutoras PROF. EDUARDO G. BERTOGNA UTFPR / DAELN

ELETRÔNICA DIGITAL II

Aula 03. Componentes Básicos de um Computador, Dispositivos de Entrada e Saída, Dispositivos de Armazenamento de Dados, Periféricos.

Arquitetura e Organização de Computadores. Processador Registrador Memória. Professor Airton Ribeiro

Memórias RAM e ROM. Adriano J. Holanda 9/5/2017. [Introdução à Organização de Computadores]

Arquitetura de Computadores Aula 9 Portas Lógicas

Organização e Arquitetura de Computadores I

FPGA - Field Programmable Gate Array

Componentes de um computador Microcontroladores e microprocessadores Tecnologia em Manutenção Industrial MICROCONTROLADORES PROFESSOR FLÁVIO MURILO

Introdução à Informática

ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES I AULA 10: MEMÓRIA E HIERARQUIA DE MEMÓRIAS

PCS 3115 Sistemas Digitais I

Circuitos Lógicos Aula 26

SISTEMAS DIGITAIS MEMÓRIAS E CIRCUITOS DE LÓGICA PROGRAMÁVEL

CIRCUITOS SEQUENCIAIS. Adão de Melo Neto

INTRODUÇÃO À ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES. Função e Estrutura. Introdução Organização e Arquitetura. Organização e Arquitetura

Noções básicas de Informática: Hardware

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS - DLP. 26/08/2015 Prof. Alexandre - ELP1DLP1 1

for Information Interchange. 6 Memória:

ARITMÉTICA BINÁRIA. Adão de Melo Neto

Estrutura Básica de um Computador

Circuitos Combinacionais. Arquitetura de Computadores I

Elementos Físicos do SC e a Classificação de Arquiteturas

Organização e Arquitetura de Computadores I

Projeto de Lógica Combinatória

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS DLP. 15/8/2013 Prof. Joselito ELP1DLP1 / npee / DEE 1

Álgebra Booleana. UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Faculdade de Engenharia Departamento de Informática

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS. SEL Sistemas Digitais Prof. Homero Schiabel

SSC512 Elementos de Lógica Digital. Memórias. GE4 Bio

MEMÓRIAS SEMICONDUTORAS

Professor: Vlademir de Oliveira Disciplina: Microcontroladores e DSP. Memórias de Dados e de Programa

INFORMÁTICA MEMÓRIAS. Prof. MSc. Glécio Rodrigues de Albuquerque

PCS 3115 Sistemas Digitais I. Memórias & FPGAs. Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr.

Circuitos Aritméticos. Circuitos Aritméticos. Circuitos Aritméticos. Circuitos Aritméticos. Circuitos Aritméticos. Circuitos Aritméticos

Circuitos Lógicos. Prof. Odilson Tadeu Valle

Usadas para manter os dados e programas a serem acessados diretamente pelo microprocessador.

Arquitetura de Computadores Memória Principal

INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS LÓGICOS INTRODUÇÃO

SRAM Static RAM. E/L Escrita Leitura. FPM DRAM Fast Page Mode EDO DRAM Extended Data Output SDRAM Synchronous DDR SDRAM Double Data Rate RDRAM Rambus

Arquitetura de Computadores. Arquitetura de Computadores 1

HARDWARE COMPONENTES BÁSICOS E FUNCIONAMENTO. Wagner de Oliveira

Prof. Leonardo Augusto Casillo

Arquitetura de Computadores

Circuitos Combinacionais

Circuitos Sequenciais

Introdução à Informática

ELE Microprocessadores I. AULA 12 Arquitetura do Microprocessador Interface com as memórias

Roteiro. Sistemas de Computação Hardware. Sistema Central Periféricos

PCS 3115 Sistemas Digitais I Memórias & FPGAs Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr. Adaptado por Glauber (2018)

DEFINIÇÃO É TODO AQUELE DISPOSITIVO CAPAZ DE ARMAZENAR INFORMAÇÃO. A

PROGRAMA DE DISCIPLINA

Projetos de Circuitos Digitais em VHDL e FPGA

Circuitos sequenciais Adaptado dos transparentes das autoras do livro The Essentials of Computer Organization and Architecture

Fundamentos de Programação

SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

Capítulo13 Arquiteturas de Dispositivos Lógicos Programáveis Pearson. Todos os direitos reservados.

Sistemas de Computação Hardware. Sistema Central Periféricos

Memórias Semicondutoras

Parte # 2 - Circuitos Combinatórios

18/08/2015. Capítulo 1: Armazenamento de dados. Bits e padrões de Bit. Capítulo 1: Armazenamento de Dados

ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES MEMÓRIA. Prof. Dr. Daniel Caetano

Prof. Benito Piropo Da-Rin. Arquitetura, Organização e Hardware de Computadores - Prof. B. Piropo

Memória (conceitos) MEMÓRIA VOLÁTIL

Níveis de memória. Diferentes velocidades de acesso. Memória Cache. Memórias Auxiliar e Auxiliar-Backup

Eletrônica Digital II (Memórias) Prof. Eng. Antonio Carlos Lemos Júnior

Universidade Federal de Campina Grande Departamento de Sistemas e Computação Curso de Bacharelado em Ciência da Computação.

Introdução à Computação

Sistemas Digitais (SD) Memórias

Memórias. Memórias: Utilização:

Memórias ROM ( Read-Only Memory )

COMPUTADOR. Adão de Melo Neto

Universidade de São Paulo

Componentes de um Computador Típico

Arquitetura de Computadores. Memórias

Aula Expositiva 2. DCC 001 Programação de Computadores. 2º Semestre de 2011 Prof. Osvaldo Carvalho UFMG DCC

Transcrição:

Universidade de Brasília Sistemas Digitais (recapitulando) Organização e Arquitetura de Computadores

WWWebster Dictionary Main Entry: in for mat ics Pronunciation: "in-f&r-'ma-tiks Function: noun plural but singular in construction Etymology: International Scientific Vocabulary information + -ics Date: circa 1967 chiefly British : INFORMATION SCIENCE Main Entry: information science Function: noun Date: 1960 : the collection, classification, storage, retrieval, and dissemination of recorded knowledge treated both as a pure and as an applied science

Petit Robert Informatique n.f. Science de l information; ensemble des techniques de la collecte, du tri, de la mise en memóire, de la transmission et de l utilisation des informations traitées automatiquemente à l aide de programmes (logiciels) mis en œuvre sur ordinateurs. Aurélio Eletrônico Verbete: informática S. f. 1. Ciência que visa ao tratamento da informação através do uso de equipamentos e procedimentos da área de processamento de dados [q. v.]

Objetivo Apresentar os dispositivos que permitem o armazenamento e a implementação de operações envolvendo informação:...

Processadores Roteiro FPGA Circuitos integrados programáveis Operações sobre a informação Representação da informação

Representação da informação Analógica Digital

Na representação digital, um valor é representado por uma seqüência finita de símbolos chamados dígitos. O número e o tipo dos símbolos determina o custo e o desempenho da implementação física do sistema digital. O mais comum é o sistema binário, composto pelos símbolos 0 e 1. As seqüências de 1 dígito são chamadas bits e as de 8 dígitos são chamadas bytes.

Codificação de inteiros com sinal Codificação de reais: ponto flutuante Codificação de texto.

Codificação de inteiros com sinal Código sinal-módulo Código complemento de um Código complemento de dois Se o bit mais significativo é zero, o número é positivo, se é 1, o número é negativo.

Código sinal-módulo Com n bits -(2 n-1-1)... +(2 n-1-1) +0 = 00000000 (n = 8) -0 = 10000000 (n = 8) +57 = 00111001 (n = 8) -57 = 10111001 (n = 8)

Código complemento de um O complemento de um, de um número binário, é igual ao inverso do número: todos os 1s do número são substituídos por 0s e vice-versa. Nesta codificação, um número negativo é representado pelo complemento de um do equivalente positivo.

Código complemento de um -(2 n-1-1)... +(2 n-1-1) +0 = 00000000 (n = 8) -0 = 11111111 (n = 8) +57 = 00111001 (n = 8) -57 = 11000110 (n = 8)

Código complemento de um 42-19 23 00101010-00010011 00010111 Problema na subtração 00101010 11101100 + 100010110 1 + 00010111

Código complemento de dois O código complemento de dois de um número binário é igual ao complemento de um mais um. Na representação de complemento de dois de inteiros com sinal, um inteiro negativo é codificado pelo complemento de dois do mesmo número positivo.

Código complemento de dois -(2 n-1 )... +(2 n-1-1) +0 = 00000000 (n = 8) +57 = 00111001 (n = 8) -57 = 11000111 (n = 8)

Código complemento de dois 42-19 23 00101010-00010011 00010111 00101010 11101101 + 00010111

Codificação de reais. Ponto flutuante A seqüência de bits que representa um número de ponto flutuante é dividida em três partes: sinal, mantissa e expoente ponto_flutuante = ±1 x mantissa x 2 expoente

Codificação de reais. Ponto flutuante 6.75 = 1_2 2 + 1_2 1 + 0_2 0 + 1_2-1 + 1_2-2 6.75 = 110.11 = + 1.1011 _ 2 2 0 1011000000 00010

Codificação de texto. ASCII: American Standard Code for Information Interchange 00001101 retorno 00100100 $ 01000001 A 01100001 a EBCDIC: Extended Binary Code Decimal Interchange Code IBM UNICODE...

Operações sobre a informação. Implementação de funções lógicas combinatórias Uma porta lógica é o dispositivo físico que implementa uma função lógica básica. Como todas as funções lógicas podem ser expressas como combinações de três operações (NOT, AND e OR), basta construir portas lógicas destas três funções. Qualquer outra função pode ser implementada por uma combinação destas portas.

NOT Inversão ou complementação lógica a a 0 1 1 0 a a a a

AND Produto ou interseção lógica a b a2b 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 a b a b a2b

OR Soma ou união lógica a b a+b 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 a b b a a + b

EXCLUSIVE-OR ou XOR z = ab + ab a b a+b a b 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 a b a+b

Multiplexador z = k0 ab + k1ab + k2ab + k3ab Função universal a b z 0 0 k0 0 1 k1 1 0 k2 1 1 k3 k 0 = 0, k 1 = 1, k 2 = 1, k 3 = 0: XOR k0 0 k1 1 k2 2 k3 3 a b z z = 0( ab) + 1( ab) + 1( ab) + 0( ab) = ab + ab

Exemplo: Full adder Um somador completo é uma função lógica que realiza a soma de dois bits X i e Y i, mais um bit para o carry-in C i ( vai um de entrada). Produz um bit de resultado, S i, e um bit C i+1 para o carry-out ( vai um de saída). A adição de dois números de n bits é implementada pela conexão em cascata de n full adders: X n-1 Y n-1 X 1 Y 1 X 0 Y 0 C n full adder C n-1 C 2 full adder C 1 full adder C 0 S n-1 S 1 S 0

Implementação de funções lógicas combinatórias Na base de qualquer implementação de uma porta lógica, eletrônica ou outra, está a chave: dispositivo binário simples no qual um sinal de entrada X comanda um sinal de saída Z. input X output Z

Operações sobre a informação. Implementação de funções lógicas combinatórias X Z

Operações sobre a informação. Implementação de funções lógicas combinatórias Transistor MOS dreno gate X Z fonte

Operações sobre a informação. Implementação de funções 1 lógicas combinatórias Z NAND X1 X2 0

Operações sobre a informação. Sistemas seqüenciais Diferentemente dos sistemas combinatórios, onde a informação de saída em dado instante depende exclusivamente da informação de entrada naquele momento, o comportamento de sistemas seqüenciais depende da seqüência de entradas durante um período de tempo. Sistemas sequenciais síncronos utilizam um sinal chamado relógio como referência de tempo.

Flip-flop D Elemento mais comum para armazenamento de variáveis de estado D Ck Q D Q Ck Q

Registradores Um conjunto de flip-flops D compartilhando o mesmo sinal de relógio é chamado registrador. D 0 1 Q D CK Ck LOAD

Máquina seqüencial entradas δ saídas f flip - flops estado_presente estado_futuro Ck A síntese de uma máquina seqüencial se reduz à síntese de dois sistemas combinatórios, as funções f e δ: estado_futuro = f (estado_presente, entradas) saídas = δ (estado_presente, entradas)

Operações sobre a informação. Memórias Matriz bi-dimensional utilizada para armazenar bits de informação. Cada linha da memória, identificada por um endereço único, é chamada word. O acesso à informação, tanto na entrada (write) quanto na saída (read) é feito palavra por palavra. ROM (Read-Only Memory): não volátil RAM (Random-Access Memory): volátil

ROM Mask ROM PROM EPROM EEPROM PROM 16Kx16

RAM 64K x 18 Synchronous Cache RAM Static RAM (SRAM) dynamic RAM (DRAM)

PIC: Circuitos integrados programáveis Hand-made Full-custom (ASIC) ASIC: Application Specific Integrated Circuits Semi-custom Standard Standard cells Mask programable Field programable Gate array ROM PROM PAL PLA CPLD FPGA

Circuitos lógicos programáveis PLD (Programable Logic Device) CPLD (Complex Programable Logic Device) FPGA (Field-programable gate array)

PLD Programable Logic Device Toda função lógica pode ser expressa como uma soma de m produtos. circuito lógico combinatório entradas AND array OR array saídas produtos lógicos Uma porta OR de m entradas e m portas AND de até n entradas são suficientes para implementar qualquer função lógica combinatória.

FPGA Field-programable gate array Array de células lógicas numa infraestrutura de interconexões. CLBs - configurable logic blocks

FPGA

Processadores Um processador é um recurso de hardware necessário para a execução de um algoritmo para processamento de informação. Unidade de controle. Seqüenciamento do algoritmo. Unidade de processamento. Memória (registradores) e elementos de processamento (operadores). entradas de controle entrada de dados Ck unidade de controle controles estado unidade de processamento saídas de controle saída de dados

Exemplo Diagrama de blocos de um processador: componentes típicos Ck start lógica combinatória flip - flops controle 20 data 0 status signal data ocount mask temp inport 32 and + shifter comparador done 6 outport

Referências Mange, D., Tomassini, M. (1998) Bio-Inspired Computing Machines. Towards Novel Computation Architectures. Capítulo 2. Presses polytechniques et universitaires romandes. Prof. Dr. Rainer Brück http://www.rs.unisiegen.de/institut/courses/fpga/script_en/page1.html, Universität GH Siegen, Institut für Rechnerstrukturen.

Leitura complementar Organização Estruturada de Computadores Capítulo 3 {3.1, 3.2, 3.3} Andrew S. Tanenbaum Prentice/Hall do Brasil