Introdução a Sistemas Digitais

Documentos relacionados
CMP 238 Projeto e Teste de um Sistema VLSI

Análise de Circuitos Sequënciais Máquinas de Mealy e Moore

INF Técnicas Digitais para Computação. Introdução. Aula 1

Circuitos Digitais. Tipos de circuitos digitais: Circuitos combinacionais Circuitos sequenciais

CONTADORES DIGITAIS (Unidade 6)

Funcionamento Área Desempenho (velocidade) Potência Aula 1. Circuitos Digitais. Circuitos Digitais

Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Elétrica. Eletrônica Digital. Plano de Ensino 2015_2

Eletrónica Digital. Fundamentos e Projeto. Acxcro MANUEL RAPOSO AMARAL. EDIÇÕES SíLABO

EELi02. Prof. Vinícius Valamiel

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Os sistemas combinacionais a saída depende exclusivamente das condições das entradas, portanto o sistema não possui memória interna.

Sistemas Digitais (SD) Síntese de Circuitos Sequenciais: Definições

Fundamentos de Sistemas Digitais. Lógica Sequencial. Prof. Dr. Alexandre M. Amory Prof. Dr Edson I. Moreno

SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

Organização e Arquitetura de Computadores I

Divisão de Engenharia Eletrônica Laboratório de ELE-20

Laboratório 6 (Trabalho com Relatório) Semana 25 de Outubro a 29 de Outubro

Pontifícia Universidade Católica Federal do Rio de Santa Grande Catarina do Sul

Pontifícia Universidade Católica Federal do Rio de Santa Grande Catarina do Sul

DADOS DO COMPONENTE CURRICULAR

1 REPRESENTAÇÃO DIGITAL DE INFORMAÇÃO Bases de Numeração Representação de Números em Base 2 5

Projeto Lógico Automatizado de Sistemas Digitais Seqüenciais 1 - Introdução

1. Sistemas de numeração e códigos 23

Sistemas Digitais Módulo 10 Circuitos Sequenciais: Latches e Flip-Flops

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Informática e Estatística Curso de Graduação em Ciências da Computação

Faculdade de Computação Curso de Sistemas de Informação Sistemas Digitais Lista 3 Prof. Dr. Daniel A. Furtado

Eletrônica Digital I (EDL I)

ENGC40 - Eletrônica Digital

Circuitos Seqüenciais

CARGA HORÁRIA TOTAL : 108 h/aulas TEORIA: 72 h/aulas PRÁTICA: 36 h/aulas. CURSO(S): Engenharia Elétrica SEMESTRE/ANO : 02/2010

Aula 17. Máquina de Estados Parte 1. SEL Sistemas Digitais. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Circuitos Seqüenciais

Pontifícia Universidade Católica Federal do Rio de Santa Grande Catarina do Sul

Programa Analítico de Disciplina INF251 Organização de Computadores I

Análise e Projeto de Circuitos Combinacionais e Sequenciais

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Eletrônica Digital para Instrumentação. Herman Lima Jr.

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Capítulo 1 Conceitos Introdutórios

PDA de Sistemas Digitais em Circuitos Programáveis

CIRCUITOS SEQUENCIAIS. Adão de Melo Neto

Sistemas Digitais (SD)

Sistemas Digitais (SD) Contadores

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Revisão de Circuitos Digitais

Técnicas Digitais para Computação

Introdução à Computação

CONCURSO PÚBLICO PARA PROFESSOR DE ENSINO MÉDIO E TÉCNICO, Nº 065/11/ PROCESSO Nº 5191/2017.

CALCULADORA SIMPLES COM ULA

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

ELT502 Eletrônica Digital I Graduação em Engenharia Eletrônica

Eletrônica Digital Moderna e VHDL Volnei A. Pedroni, Elsevier, Lista de Exemplos e Exercícios (Nomeados) Contidos no Livro

ELETRÔNICA DIGITAL II

Sistemas Digitais. Planificação das aulas teóricas e aulas práticas Ano Lectivo 2005/ 2006

Organização e Arquitetura de Computadores

Organização e Arquitetura de Computadores I

Flip-Flops, Registros e Contadores

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

Sistemas Digitais. Linguagem Verilog. Monitoria SD Daniel Alexandro/Reniê Delgado/Vanessa Ogg. Editado por (DARA)

Eletrônica Digital. Prof. Gilson Yukio Sato sato[at]utfpr[dot]edu[dot]br

3 Circuitos Combinacionais

CIRCUITOS SEQUENCIAIS (Unidade 5)

Aula 18. Máquina de Estados Parte 2. SEL Sistemas Digitais. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Circuitos Seqüenciais Sistemas Digitais

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

Eletrônica Digital. Circuitos Lógicos Sequenciais PROF. EDUARDO G. BERTOGNA UTFPR / DAELN

CIRCUITOS DIGITAIS. Circuitos Sequenciais e Flip-Flops. Prof. Denis Fantinato Prof. Rodrigo Moreira Bacurau

UFMT. Ministério da Educação UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO PRÓ-REITORIA DE ENSINO DE GRADUAÇÃO PLANO DE ENSINO

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

Eletrônica Digital I TE050. Circuitos Seqüenciais

Prof. André Rabelo LÓGICA DIGITAL INTRODUÇÃO

Aula 12. Flip-Flop Parte 1. SEL Sistemas Digitais. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

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

MULTIPLEXADOR E DEMULTIPLEXADOR (Unidade 4)

Flip-Flop. Uma das coisa importantes que se pode fazer com portas booleanas é criar memória.

Escola Politécnica de Pernambuco Departamento de Engenharia Elétrica PROGRAMA EMENTA OBJETIVOS

Memória SRAM 64x8 bits

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Descreva em VHDL, simule no simulador logico e sintetize usando uma ferramenta de CAD para FPGA :

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

Técnicas Digitais para Computação

PROJETO LÓGICO DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

Representação de Informação. 1. Converta cada um dos seguintes números para o seu equivalente decimal: a)

SISTEMAS DIGITAIS PROJETOS DE SISTEMAS SEQUENCIAIS. Professor Carlos Muniz

PROGRAMA DA DISCIPLINA

Funções de Lógica Combinacional

Modelação de circuitos síncronos

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

A) A C + A B D + A B C D B) A B + A B D + A B C D C) A C + A C D + A B C D D) A C + A B D + A B C D

Circuitos sequenciais

ELD - Eletrônica Digital Aula 6 Circuitos Sequenciais Latches e Flip-Flops. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

Curso Profissional de Técnico de Gestão de Equipamentos Informáticos 10º ANO

Sistemas Digitais (SD) Circuitos combinatórios: somadores, subtractores e comparadores

Trabalho de Circuitos Integrados Digitais Maquina de Estados: Contador Código Gray

Aula 14: Lógica e circuitos digitais

Registos. Registos de dados ( registers )

Transcrição:

Introdução a Sistemas Digitais Definição Sistemas Digitais Projeto Revisão: Circuitos Combinacionais Circuitos Sequênciais Máquinas de Estados

Sistemas Digitais Definição Um sistema digital é um sistema no qual os sinais têm um número finito de valores discretos, se contrapondo a sistemas analógicos nos quais os sinais têm valores pertencentes a um conjunto contínuo (infinito). x S (digital) y x S (analógico) y x x y t y t t t

Sistema Digitais Definição (cont.) Uma vez que os sinais do mundo físico são analógicos, é necessários convertê-los para sinais digitais e vice-versa sempre que os sinais digitais tenham que interagir com os sinais do meio físico. ADC Processamento de sinal e armazenamento DAC Successive Approximation Register (SAR)

Sistemas Digitais Projeto Aboradagem Descendente: decompõe o sistema em subsistemas que são por sua vez decompostos em subsistemas até atingir o níve de abtração desejado. Desafio: obter a decomposição adequada para cada nível para que no final os critérios de projeto (área, desempenho, potência) sejam atingidos. Descrição funcional Linguagens de descrição de hardware Módulos Abordagem Ascendente: conecta módulos disponíveis para formar subsistemas que por sua vez são conectados para formar subsistemas até que a especificação funcional seja satisfeita. Desafio: trabalhar com um conjunto muito grande de subsistemas pequenos para compor um sistema muito complexo. Layout Portas lógicas básicas e flip-flops transistores

Sistemas Digitais Projeto: Arbodagem Descendente Projeto de Sistemas Digitais usando fluxogramas, grafos, máquinas de estados e diagrama de blocos Descrição funcional Descrever o projeto em linguagens de descrição de hardware como por exemplo VHDL Usar ferramentas de síntese lógica para bibliotecas de células como o Leonardo da Mentor Usar ferramentas de síntese lógica para plataformas programaveis como FPGAs (Xilinx ISE, Altera uartus, Actel Libero). Módulos Portas lógicas básicas e flip-flops transistores Verificar funcionalmente através de simulação lógica com e sem atraso. Layout

Sistemas Digitais Projeto: Arbodagem Ascendente Projeto de somadores, multiplicadores e outros subsistemas combinacionais e sequenciais de alta eficiência em termos de área, desempenho e potência para uso em sistemas digitais complexos. Descrição funcional Módulos Descrever o projeto em linguagens de descrição de hardware como por exemplo VHDL ou em esquemático Portas lógicas básicas e flip-flops Verificar funcionalmente através de simulação lógica com e sem atraso. transistores Verificar elétricamente através de simulação elétrica (SPICE) Layout

Sistemas Digitais Projeto: considerações finais Levar em cosideração o projeto na abordagem descendente: ALGORITMO HARDWARE Chip... mas também a abordagem ascendente no momento de otimizar certos blocos e subsistemas no projeto final do sistema digital visando o melhor custo x benefício.

O que esperamos de um Sistema Digital? Fatores de evolução densidade de integração, área ocupada waffer consumo de potência freqüência de operação custo de fabricação

Wafer of Intel Itanium processors

Tipos de componentes Circuito de aplicação específica (ASIC): circuito integrado projetado especialmente para uma determinada função e sistema digital. Full-custom semi-custom Standard cell Chip Lógica programável (FPGAs): circuito que pode ser customizado e reprogramado para realizar diversas funções. Compromisso: Custo X tempo de projeto X desempenho

000000

Revisão: Circuitos Combinacionais Portas Lógicas Básicas S = E E S NOT S = E. E2 E E2 S NAND S = E + E2 E E2 S NOR E E2... En S XNOR E E2... En S XOR

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Saída depende apenas das entradas A3 B3 A2 B2 A B A0 B0 Comparador de 4 bits (A3A2AA0 e B3B2BB0) comparador Decodificador de 2 bits (AA0) A A0 D3 D2 D D0

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Saída depende apenas das entradas Multiplexador 4: A0 A 00 0 A3 S S0 A2 A3 0 mux A2 mux S S0 A 0 0 A0

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Saída depende apenas das entradas S0 S Multiplexador 4: A0 00 A A2 0 0 mux A0 A3 A mux S S0 A2 0 0 A3

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Somador de bit completo (Full-adder): FA: full adder

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Somador Ripple-Carry A3 B3 A2 B2 A B A0 B0 Cin C2 C C0 C3 S3 S2 S S0

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Somador Carry Look Ahead

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Somador de n bits b3 a3 b2 a2 b a b0 a0 HA HA HA HA A a3 a2 a a0 B b3 b2 b b0 s4(cout) s3 s2 s s0 HA HA HA s0 HA: half adder HA HA s s2 HA s4 s3

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Unidade Aritmética e Lógica (ULA) bit B0 B0 0 S S0 Função 0 0 soma A+B 0 subtração A-B 0 inversão de A comparação A0 0 C0 FA A0 S0 0 S F0

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Unidade Aritmética e Lógica (ULA) n bit Bn B B0 Bn 0 S0 B 0 S0 B0 0 An 0 Cn FA An... A 0 C FA A A0 0 C0 FA A0 S0 0 S 0 S 0 S Fn F F0

Revisão: Circuitos Combinacionais Blocos lógicos Multiplicador b3 0 b2 0 b 0 b0 0 a0 b j sum in 0 a P0 a i 0 a2 P carry out FA carry in 0 a3 P2 sum out 0 P3 P7 P6 P5 P4

Revisão: Circuitos Sequênciais Latches: sensível ao nível do relógio () R S R S 0 0 0 0 set invalido R S R S 0 0 0 0 invalido set R S R S 0 0 0 0 0 X X set Invalido R S R S 0 0 0 0 0 0 0 0 X X invalido set

Revisão: Circuitos Sequênciais Latches: sensível ao nível do relógio () J K J K 0 0 0 0 set D D 0 0 X 0 J K J K 0 0 0 0 0 X X set D D 0 0 0 X 0

Revisão: Circuitos Sequênciais Flip-flops: sensível a borda do relógio () R S R S 0 0 0 0 X X X set Invalido D D 0 X X 0 J K J K 0 0 0 0 X X X set D D 0 X X 0

Revisão: Circuitos Sequênciais Registradores D D dado X X dado Reset síncrono D enable enable D X X X 0 dado 0 0 X X X X dado Reset assíncrono D enable enable D X X X X 0 dado 0 0 X 0 X X dado

Revisão: Circuitos Sequênciais Registradores Deslocamento enable D L/R D enable L/R X X X X 0 dado 0 0 0 X 0 0 X 0 0 X X X X X dado i<=i- i<=i+ LFSR: linear feedback shift register Uso de seed (semente)

Revisão: Circuitos Sequênciais Contadores D load D load X X X 0 dado 0 0 X X X X dado D enable D u/d enable u/d X X X X X 0 0 dado 0 0 0 X 0 X 0 0 X 0 X X X dado + -

Revisão: Máquinas de Estados Definição Uma máquina de estados é uma combinação de 5 elementos: (Σ, X, g, x0, F) Onde: Σ é um alfabeto finito X é um conjunto finito de estados g é a função de transição de estado g : X x Σ -> X X0 é o estado inicial, x0 X F é o conjunto de estados finais, F X.

Diagrama de Estados O diagrama de estados representa a máquina de estados finito e contem: Circulos: que representam os estados da máquina rotulados com o nome do estado e tambem ou não com sua codificação. Arcos diretos: que representam as transições entre estados rotulados com entradas/saídas para a transição de estados.

Máquina de Estados Finitos TIPO MOORE Saída depende apenas do estado atual. S0 A= Entradas A Lógica de próximo estado F= 0 ; A= 0 S estado A= 0 F= ; A= saídas F

Maquina de Estados Finitos TIPO MEALY Saída depende da entrada e do estado atual. Entradas A= F= 0 ; A Lógica de próximo Estado e saída F S0 A= 0 F= ; estado A= 0 S F= 0 ; A= F= ;

Maquina de Estados Finitos TIPO MEALY Solucionar problemas de estabilização Saída depende apenas do estado atual. A= F= 0 ; Entradas A Lógica de próximo Estado e saída F Saída S0 A= 0 F= ; estado A= 0 S F= 0 ; A= F= ;

Considerações sobre Diagramas de Estados Máquinas de estado (FSM) podem estar em apenas um estado por vez no tempo, logo há em apenas um estado ou circulo em um determinado tempo t. Transição de estados são permitidas apenas na transição de subida OU descida do relógio (), dependendo do elemento de armazenamento de estado (se é sensivel a borda de descida ou subida). FSM sincronas!!! A representação de máquinas de Mealy e Moore são diferentes como visto. Máquinas de Mealy, as entradas e saidas são definidas nos arcos (transições entre estados). Máquina de Moore, as entradas são definidas nos arcos (transições entre estados) e a saída é definida no estado (dentro do círculo).

Exercício: Projeto de uma máquina de estados até o hardware. Descrição do problema em diagrama de estados 2. Montagem da tabela de proximo estados e saída 3. Descrição do esquemático lógico da FSM Problema: Detector de sequência...0... Sinal A Saida D (detectou D=) Sinal de entrada deve ser amostrado...