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Circuitos Circuitos Digitais Digitais INF01058 Introdução Introdução Aula 2 Técnicas Digitais Objetivo Projetar circuitos digitais: – Combinacionais – Sequências Testar a analisar circuitos digitais – Funcionamento – Área – Desempenho (velocidade) – Potência Técnicas Digitais Mundo Digital Técnicas Digitais Portas lógicas implementam operadores da álgebra booleana AND (E) NOT (NEGAÇÃO) OR (OU) XOR (OU-EXCLUSIVO) NAND (E-NEGADA) NOR (OU-NEGADA) XNOR (OU-EXCLUSIVO-NEGADA) construídas com componentes eletrônicos Circuitos integrados formados por: transistores resistores capacitores Técnicas Digitais circuitos analógicos x digitais analógicos transistores como amplificadores de corrente tensões contínuas digitais transistores como chaves tensões discretizadas: 0 e 1 Técnicas Digitais “0” “1” 0 V gnd 1/3Vdd 2/3Vdd Vdd (tensão de alimnetação Por quê usar representação binária? 1 como ligado ou máxima tensão de alimentação 0 como desligado ou mínima tensão de alimentação (terra ou ground) ruído

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Page 1: Circuitos Digitais –Sequências - UFRGSjohann/CD/cd02.pdf · MSI –4ª geração: circuitos integrados LSI, VLSI

CircuitosCircuitosDigitaisDigitais

INF01058

IntroduçãoIntrodução

Aula 2

Técnicas Digitais

Objetivo

• Projetar circuitos digitais:– Combinacionais– Sequências

• Testar a analisar circuitos digitais– Funcionamento– Área– Desempenho (velocidade)– Potência

Técnicas Digitais

Mundo DigitalTécnicas Digitais

• Portas lógicas– implementam operadores da álgebra

booleana

• AND (E)• NOT (NEGAÇÃO)• OR (OU)• XOR (OU-EXCLUSIVO)• NAND (E-NEGADA)• NOR (OU-NEGADA)• XNOR (OU-EXCLUSIVO-NEGADA)

– construídas com componentes eletrônicos

Circuitos integrados formados por:• transistores• resistores• capacitores

Técnicas Digitais

• circuitos analógicos x digitais– analógicos

• transistores como amplificadores de corrente• tensões contínuas

– digitais• transistores como chaves• tensões discretizadas: 0 e 1

Técnicas Digitais

“0”

“1”

0 V gnd

1/3Vdd

2/3Vdd

Vdd (tensão de alimnetação

– Por quê usar representação binária?• 1 como ligado ou máxima tensão de alimentação• 0 como desligado ou mínima tensão de alimentação (terra ou

ground)

ruído

Page 2: Circuitos Digitais –Sequências - UFRGSjohann/CD/cd02.pdf · MSI –4ª geração: circuitos integrados LSI, VLSI

Técnicas Digitais

• Circuito e Sistemas Digitais– Grandezas: Representação binária

Ex:• Decimal para Binário• Binário para decimal• Hexadecimal para binário• Binário para Hexadecimal

Técnicas Digitais

• Blocos básicos de sistemas digitais simples– portas lógicas– circuitos combinacionais– circuitos seqüenciais

• Circuitos combinacionais– sistema não tem memória– saídas são funções dos valores

atuais das entradas

unidadearitmética

A B

D

C

E

A, B, C, D, E são sinais digitais A, B, C: [ -256 .. 255 ] representados em binário D: [ ADD, SUB, A, B ] E: [ overflow, no overflow ]

Técnicas Digitais

• Circuitos seqüenciais– sistema depende de memória para calcular valores de saída– memória = valores anteriores das entradas

• Sistemas digitais complexos– bloco operacional

• registradores, unidades aritméticas– bloco de controle

sistemade

segurançaS Z

S, Z são sinais digitais S: [ 0 .. 9 ], representados em binário Z: [ lock, unlock ] Z = unlock se S apresenta seqüência correta

Técnicas Digitais

Circuito Digital

CircuitoCircuito CombinacionalCombinacional

Memória

Máquina deEstados

CircuitosSequênciais

Técnicas Digitais

Circuito Digial

A B

F

CoutS0S1Cin

44

4

ULAPortas lógicas D Q

C Q

Latches

Portas lógicas

DELoad

I3 I2 I1 I0Contador up/down

0 0 0 00 0 0 000

Q3 Q2 Q1 Q0CC

D Q

C Q

Latches / Flip-flips

Portas lógicas

Transistores NMOS e PMOS

Transistores NMOS e PMOS

Transistores NMOS e PMOS

Técnicas Digitais

Evolução dos Componentes Eletrônicos– 1ª geração: válvulas– 2ª geração: transistores– 3ª geração: circuitos integrados SSI,

MSI– 4ª geração: circuitos integrados LSI,

VLSI

• Num sistema real convivem componentesSSI, MSI, LSI e VLSI– placa de CPU com memória

• microprocessador VLSI• memória - VLSI• “glue logic” - SSI e MSI

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Técnicas Digitais

waffer• Fatores de evolução

– densidade de integração, áreaocupada

– consumo de potência– freqüência de operação– custo de fabricação

Técnicas Digitais

Wafer of Intel® Itanium® processors

Técnicas Digitais Técnicas Digitais

Tipos de componentes• de prateleira ou “off-the-shelf”

• Customizados:– Circuito de aplicação específica (ASIC) - circuito integrado

projetado especialmente para um determinado sistemadigital.

• Full-custom• semi-custom• Standard cell

• lógica programável (FPGAs)

Compromisso:Custo X tempo de projeto X desempenho

Chip

Técnicas Digitais

10100011001

Técnicas Digitais

• conteúdos programáticos– introdução à eletrônica digital– circuitos lógicos combinacionais– circuitos lógicos seqüenciais

• disciplina dentro do contexto do curso– como fundamento comum a todos os alunos

• conhecimento dos aspectos básicos do hardware• compreensão dos fatores limitantes de custo e

desempenho– como base para especialização em sistemas digitais

• voltados para a construção de sistemas emdiferentes áreas de aplicação

• computadores, telecomunicações, automação

Apresentação da disciplina

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Técnicas Digitais

• currículo– disciplinas de “hardware” obrigatórias comuns

• Introdução à Arquitetura, Arquitetura I,Arquitetura II, Organização B

– disciplinas para ênfase de Engenharia de Computação• Sistemas Digitais, Concepção de Circuitos

Integrados I e II, Microprocessadores I e II,Circuitos Elétricos I, Eletrônica Fundamental l

Técnicas Digitais

Avaliação

• Verificações (V1 e V2)• Notas de laboratório (P)• Trabalho Prático em dupla (T)

Técnicas Digitais

Bibliografia

• Uyemura, John. Sistemas Digitais - UmaAboradagem Integrada. Thomson Pioneira, 2002.

• Ercegovac, M., Lang, T. e Moreno, J.H. Introduçãoaos Sistemas Digitais. Bookman, 2000.

• Katz, R. Contemporary Logic Design.Benjamin/Cummings, 1994.

• Mano, M. Computer engineering: hardware design.Prentice-Hall, 1988.

• Uyemura, J. Sistemas Digitais, Uma abordagemIntegrada. Thomson Pioneira. 2000.

Técnicas Digitais

Livro Texto

À venda no DACOMP

Técnicas Digitais

Trabalho Prático Básico

• Projeto Circuito Combinacional e Sequencialem uma ferramenta de simulação lógica quemostre:– Projeto detalhado (tabelas verdades, diagramas

lógicos, elétricos e de maquina de estados quandohouver)

– Simulação com e sem atraso destes circuitos emuma determinada tecnologia.

Técnicas Digitais

Trabalho Prático (cont.)

• O trabalho é em dupla.• Cada dupla terá um trabalho distinto (diferente

um do outro)

• A apresentação será no formato de relatórioescrito no formato de artigo de 4 paginascoluna siples.

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Técnicas Digitais

Formato do relatório (tipo artigo)

TítuloAutores

Curso

ResumoAqui no máximo em 10 linhas, deve ser descrito o resumo do que vai ser

apresentado no relatório.

1. Introdução2. Descrição do Projeto

3. Implementação4. Resultados práticos (Experimentos de simulação (e) prototipação

5. Conclusão6. Referencias

Técnicas Digitais

Exercícios

• Descrever as portas lógicas básicas em tabelaverdade.

• Desenhar os seus simbolos• Listar 5 instruções de processadores estudados

que implementam diretamente essas funçõeslógicas

• Como fazer essas funções lógicas para mais de1 bit?