Circuitos Sequenciais I José Costa Introdução à Arquitetura de Computadores epartamento de Engenharia Informática (EI) Instituto Superior Técnico 2013-11-01 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 1
Sumário Básculas Registos Bancos de Registos Memórias Códigos Numéricos e Alfanuméricos José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 2
Circuitos Sequenciais Circuitos combinatórios têm uma grande limitação Não permitem guardar informação José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 3
Básculas Sensíveis ao Nível S José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 4
Báscula SR S R (n-1) (n) S S R 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 R S R S R S R (n) 0 0 (n-1) 0 1 0 1 0 1 1 1 1 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 5
Outras Básculas S R c c José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 6
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 = 1 10 7 s = 107 Hz = 10MHz José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 7
Básculas Atualizadas no Flanco do Relógio S R CLK J K T J K (n) (n) 0 0 (n 1) (n 1) 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 (n 1) (n 1) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 8
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
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
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
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
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
Registos de eslocamento CLK B 3 B 2 B 1 B 0 CLK B 4 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 14
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
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
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
Bancos de Registos n Sel 3 En Escrita escodificador 0 1 2 3 4 5 6 7 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 3 7 6 5 4 3 2 1 0 Sel MUX n A 7 6 5 4 3 2 1 0 Sel MUX n B José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 18
Memórias n bits p palavras... José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 19
Memórias de Acesso ireto CS R/W n m ados Endereços José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 20
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
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
Memórias de Acesso ireto 0 1 2 3 2 Endereços (metade baixa) escodificador 1 0 2 3 2 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
Memórias de Acesso ireto ados escodificador de linha escodificador de coluna R/W c José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 24
Memórias inâmicas ados escodificador de linha escodificador de coluna C José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 25
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
Memórias FIFO n ados (entrada) ados (saída) n R Vazio W Cheio José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 27
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
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
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
Códigos Numéricos Base 2 serve normalmente para representar números Código binário natural Mas pode haver necessidade de outro tipo de representação Codificar algarismos decimais - 7 10 = 0111 BC José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 31
Códigos Refletidos Também conhecidos como código de Grey Em dois números sucessivos apenas se altera 1 bit Número Grey 0 0000 1 0001 2 0011 3 0010 4 0110 5 0111 6 0101 7 0100 8 1100 9 1101 10 1111 11 1110 12 1010 13 1011 14 1001 15 1000 José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 32
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
ASCII b 6 b 5 b 4 000 001 010 011 100 101 110 111 b 3 b 2 b 1 b 0 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h Simbolos Letras Letras Controlo Números Maiusculas Minusculas 0000 0h NUL LE SP 0 @ P p 0001 1h SOH C1! 1 A a q 0010 2h STX C2 " 2 B R b r 0011 3h ETX C3 # 3 C S c s 0100 4h EOT C4 $ 4 T d t 0101 5h EN NAK % 5 E U e u 0110 6h ACK SYN & 6 F V f v 0111 7h BEL ETB 7 G W g w 1000 8h BS CAN ( 8 H X h x 1001 9h 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
Páginas da Web José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 35
UTF-8 Número de caracteres Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 2 7 = 128 0XXXXXXX 2 11 = 2048 110XXXXX 10XXXXXX 2 16 = 65536 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 2 21 = 2097152 1110XXXX 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
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 2 10 1 024d Kapa 1M 2 20 1 048 576d Mega 1G 2 30 1 073 741 824d Giga 1T 2 40 1 099 511 627 776d Tera José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 37
Sumário Básculas Registos Bancos de Registos Memórias Códigos Numéricos e Alfanuméricos José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 38
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
Próxima Aula Circuitos Sequenciais (cont.) José Costa (EI/IST) Circuitos Sequenciais I 40