Circuitos Sequenciais I - Técnico Lisboa · 0100 4h EOT DC4 $ 4 D T d t 0101 5h ENQ 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

Circuitos Sequenciais I

José Costa

Introdução à Arquitetura de Computadores

Departamento de Engenharia Informática (DEI)Instituto Superior Técnico

2013-11-01

José Costa (DEI/IST) Circuitos Sequenciais I 1

Sumário

Básculas

Registos

Bancos de Registos

Memórias

Códigos Numéricos e Alfanuméricos


Circuitos Sequenciais

Circuitos combinatórios têm uma grande limitaçãoNão permitem guardar informação


Básculas Sensíveis ao Nível

SQ


Báscula SR

S R Q(n-1) Q(n)

0 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 01 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 1

R

S

Q

S Q

QR

RQ

S Q

SQ

RQ

S R Q(n)

0 0 Q(n-1)0 1 01 0 11 1 1


Outras Básculas

S Q

QR

c

D Q

Qc


Sinais de Relógio

Existem circuitos sequenciais síncronos e assíncronosSinal 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 frequênciade relógio será de f = 10MHz:

f =1

T=

1

100ns=

1

10−7s= 107

Hz = 10MHz


Básculas Atualizadas no Flanco do Relógio

S Q

QR

CLK

D Q

Q

J Q

QKT Q

Q

J K Q(n) Q(n)

0 0 Q(n − 1) Q(n − 1)0 1 0 11 0 1 0

1 1 Q(n − 1) Q(n − 1)


Registos Básicos

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

CLK

A3 A2 A1 A0

B0B1B2B3

A

B

CLK

4

4


Sinais de Controlo de Registos

D Q

Q

CLK

A3

B3

MUX

0

1D Q

Q

A2

B2

MUX

0

1D Q

Q

A1

B1

MUX

0

1D Q

Q

A0

B0

MUX

0

1

Ld

A

B

CLK

4

4

Ld Ld



D Q

Q

CLK

A3

B3

D Q

Q

A2

B2

D Q

Q

A1

B1

D Q

Q

A0

B0

Cl

A

B

CLK

4

4

Cl Cl



Ld

D Q

Q

A0

B0

MUX

0

1

D Q

Q

A1

B1

MUX

0

1

D Q

Q

A2

B2

MUX

0

1

D Q

Q

A3

B3

MUX

0

1

CLK

Cl

A

B

CLK

4

4

Cl ClLd Ld



D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

CLK

A3 A2 A1 A0

B0B1B2B3

Reset

RD RD RD RD

A

B

CLK

4

4

Reset Reset


Registos de Deslocamento

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

CLK

D

B0B1B2B3

D

B

CLK

4


Registos de Deslocamento

D Q

Q

CLK

A3

B3

MUX

01

D Q

Q

A2

B2

MUX

D Q

Q

A1

B1

MUX

D Q

Q

A0

B0

MUX

S

E

23

0123

0123

0123

D

S01

A

B

CLK

4

4

S0S1

D

SS

01

E


Sinais de Estado de Registos

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

CLK

A3 A2 A1 A0

B0B1B2B3

Z

A

B

CLK

4

4

Z Zero


Bancos de Registos

Banco de 8registos

A

SelA

Escrita

SelB

SelD

D

B

n

3

3 3

n n


Bancos de Registos

MUX7 4

Sel56 3 012

CLK n

Escrita

LdR7

n

LdR6

n

LdR5

n

LdR4

n

LdR3

n

LdR2

n

LdR1

n

LdR0

MUX7 4

Sel56 3 012

nn

SelA

SelB

A B

Des

codi

ficad

or

7

4

En56

3

012SelD

3

nn n n n n n n

n

D

3

3


Memórias

n bits

ppalavras

.

.

.


Memórias de Acesso Direto

R/W

CS

Dados

Endereços

n

m



10ns

Endereços

Relógio

Mem Enable

Read / Write

T1 T2 T3 T0 T1

Tempo de acesso = 25ns

VálidosDados

Endereços válidos



10ns

Endereços

Relógio

Mem Enable

Read / Write

T1 T2 T3 T0 T1

Tempo de acesso = 25ns

Dados

Endereços válidos

Dados



D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

Q

Q

D Q

Q

D Q

Q

0

1

2

3

2

D

D

D

Endereços(metade baixa)

Descodificador

1 023

2

R/W

Dados 1

Endereços(metade alta)

CS En

Descodificador

c c c c

c c c

c c c

c c c

c

c

c



Descodificadorde coluna

D Q

Q

Dados

R/W

Descodificadorde linha

c


Memórias Dinâmicas

Descodificadorde coluna

Dados

Descodificadorde linha

C


Memórias FIFO

Leitura

Escrita

Lógicade

controlo

R

W

Dados

DadosVazioCheio

r

w

Inc

Inc

.

.

.

n

n

m

m


Memórias FIFO

W

R

Dados(entrada)n

Dados(saída) n

Vazio

Cheio


Códigos

Representação em base 2 permite a representação de númerosem sistemas digitais

Mas nem toda a informação é númerica

E.g. Texto


Codificação

Se quiseremos representar informação que pode ter um de doisvalores então usamos binário

Se no entanto a informação tiver mais que dois valores entãotemos 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?Do 0 até 5?Distinguindo os andares de cima dos da cave?Com restrições: dois bits a um, dois bits a zero?


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!


Códigos Numéricos

Base 2 serve normalmente para representar números

Código binário natural

Mas pode haver necessidade de outro tipo de representação

Codificar algarismos decimais - 710 = 0111BCD


Códigos Refletidos

Também conhecidos como código de Grey

Em dois números sucessivos apenas sealtera 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


Códigos Alfanuméricos

Como representar texto em sistemas digitais?

Solução: codificar cada caracter

Um dos códigos mais usados é o ASCII (American Standard Code forInformation Interchange)


ASCII

b6b5b4

000 001 010 011 100 101 110 111b3b2b1b0 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h

Simbolos Letras LetrasControlo Números Maiusculas Minusculas

0000 0h NUL DLE SP 0 @ P ‘ p0001 1h SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 2h STX DC2 " 2 B R b r0011 3h ETX DC3 # 3 C S c s0100 4h EOT DC4 $ 4 D T d t0101 5h ENQ NAK % 5 E U e u0110 6h ACK SYN & 6 F V f v0111 7h BEL ETB ’ 7 G W g w1000 8h BS CAN ( 8 H X h x1001 9h HT EM ) 9 I Y i y1010 Ah LF SUB * : J Z j z1011 Bh VT ESC + ; K [ k {1100 Ch FF FS , < L \ l |1101 Dh CR GS − = M ] m }1110 Eh SO RS . > N ^ n ~1111 Fh SI US / ? O _ o DEL


Páginas da Web


UTF-8

Número de caracteres Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

27 = 128 0XXXXXXX211 = 2048 110XXXXX 10XXXXXX216 = 65536 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX

221 = 2097152 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX

Número de bytes Alfabetos

1 ASCII2 Derivados do Latim, Grego, Cirílico, Hebráico, Árabe, etc3 Restantes caracteres, ...4 Alfabetos antigos, ...


Representação Digital da Informação

1 bit não é suficiente para representar informação. Agrupam-sepor 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 pelosistema

Pode ser 4, 8, 16 (caso do P3) ou outra qualquer - 16 é o maiscomum

RepresentaçãoMúltiplo Potência em base 10 Denominação

1k 210 1 024d Kapa1M 220 1 048 576d Mega1G 230 1 073 741 824d Giga1T 240 1 099 511 627 776d Tera


Sumário

Básculas

Registos

Bancos de Registos

Memórias

Códigos Numéricos e Alfanuméricos


Referências

Arquitectura de Computadores: dos Sistemas Digitais aosMicroprocessadores,

G. Arroz, J. Monteiro, A. Oliveira,Secções 1.3, 1.4 e 6


Próxima Aula

Circuitos Sequenciais (cont.)


Documents

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