novembro de 2005 sistemas digitais 1 registos prof. carlos sêrro prof. joão paulo carvalho...

Novembro de 2005Novembro de 2005 Sistemas DigitaisSistemas Digitais 11

RegistosRegistos

Prof. Carlos SêrroProf. João Paulo Carvalho

Adaptados para lógica positiva por Guilherme Arroz

SISTEMAS DIGITAISSISTEMAS DIGITAIS


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

RegistosRegistos

Um registo é um circuito sequencial Um registo é um circuito sequencial síncrono que permite memorizar um síncrono que permite memorizar um conjunto de bitsconjunto de bits

O registo permite tratar esse conjunto O registo permite tratar esse conjunto de bits como um todo e não apenas bit de bits como um todo e não apenas bit a bita bit


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

RegistosRegistos

Assim sendo, torna-se possível Assim sendo, torna-se possível manipular e guardar a informação manipular e guardar a informação constituída por um determinado constituída por um determinado número (fixo) de bits, pelo que se número (fixo) de bits, pelo que se pode passar a falar de uma pode passar a falar de uma palavrapalavra como uma unidade básica de como uma unidade básica de informaçãoinformação


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

RegistosRegistos

Por exemploPor exemplo uma palavra de 16 bits com 4 dígitos BCDuma palavra de 16 bits com 4 dígitos BCD uma palavra de 16 bits com 2 números de uma palavra de 16 bits com 2 números de

8 bits em complemento para 28 bits em complemento para 2 uma palavra de 8 bits com um carácter uma palavra de 8 bits com um carácter

ASCII (sendo 7 bits do código e um bit de ASCII (sendo 7 bits do código e um bit de paridade)paridade)


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

QuickTime™ and aTIFF (Uncompressed) decompressor

are needed to see this picture.

RegistosRegistos

Exemplo de registo com 4 bitsExemplo de registo com 4 bits

FFs D

Relógio comum a todos os registos: a informação é tratada simultaneamente


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o



RegistosRegistos

Registo de 4 bits com ClearRegisto de 4 bits com Clear

Clear assíncrono.

Quando activado (a 0), o Registo fica no estado 0000


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

RegistosRegistos

Símbolos IECSímbolos IEC

Registo formado por FFs D ET

Registo formado por latches D controlados


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oRegisto com carregamento Registo com carregamento controladocontrolado Neste caso, a activação Neste caso, a activação

de LOAD permite o de LOAD permite o carregamento em carregamento em paralelo síncrono do paralelo síncrono do registoregisto

Notar como é mantido o Notar como é mantido o estado, no caso de não estado, no caso de não haver carregamento em haver carregamento em paraleloparalelo




Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oRegisto com carregamento Registo com carregamento controladocontrolado

Símbolo IEC do registo anteriorSímbolo IEC do registo anterior

O carregamento em paralelo é síncrono. Quando M2 está inactivo não há carregamento e, por omissão, admite-se

que o registo mantém o seu estado


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

Registos de deslocamentoRegistos de deslocamento

Na sua versão mais básica, trata-se de Na sua versão mais básica, trata-se de um registo cuja entrada de dados é um registo cuja entrada de dados é feita em série, i.e., bit a bit, em vez de feita em série, i.e., bit a bit, em vez de ser feita em paraleloser feita em paralelo

Para carregar o registo, os bits têm Para carregar o registo, os bits têm que ser deslocados dentro do circuito que ser deslocados dentro do circuito até chegarem à “posição pretendida” até chegarem à “posição pretendida”


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Exemplo de um um registo de Exemplo de um um registo de deslocamento para a direita com 4 deslocamento para a direita com 4 andaresandares




Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Símbolo IEC do registo de Símbolo IEC do registo de deslocamento anteriordeslocamento anterior

Shift Register com 4 andares

A cada flanco ascendente há o deslocamento de uma posição para a direita

No símbolo, para a direita significa de cima para baixo


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Os registos de deslocamento têm Os registos de deslocamento têm inúmeras aplicações inúmeras aplicações

Basta, por exemplo, lembrarmo-nos queBasta, por exemplo, lembrarmo-nos que um deslocamento para a direita equivale a um deslocamento para a direita equivale a

dividir por 2 um número sem sinal (com 0 dividir por 2 um número sem sinal (com 0 na entrada série, isto se não ejectarmos um na entrada série, isto se não ejectarmos um 1 para o exterior)1 para o exterior)

um deslocamento para a esquerda equivale um deslocamento para a esquerda equivale a multiplicar por 2 um número sem sinal a multiplicar por 2 um número sem sinal (com um 0 na entrada série, isto se não (com um 0 na entrada série, isto se não ejectarmos um 1 para o exterior)ejectarmos um 1 para o exterior)


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

Registo de desloc. universalRegisto de desloc. universal

Um registo de deslocamento universal Um registo de deslocamento universal apresenta 4 modos de funcionamento apresenta 4 modos de funcionamento mantém o conteúdomantém o conteúdo desloca para a direitadesloca para a direita desloca para a esquerda desloca para a esquerda carrega em paralelocarrega em paralelo


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Símbolo IECSímbolo IEC

Entradas série nos FFs situados nos 2 extremos

Entradas paralelas em todos os FF

Selectores do modo de funcionamento M

M0: mantém; M1: desloca p/ direita; M2: desloca p/esquerda; M3: carrega em paralelo

Reset assíncrono


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Andar genéricoAndar genérico




Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

Interligação de registosInterligação de registos

A transferência de informação entre A transferência de informação entre registos é uma das operações mais registos é uma das operações mais comuns nos microprocessadorescomuns nos microprocessadores

Como tal, a interligação entre registos Como tal, a interligação entre registos torna-se numa das aplicações mais torna-se numa das aplicações mais importantes a nível da Arquitectura de importantes a nível da Arquitectura de ComputadoresComputadores


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Como a transferência de informação Como a transferência de informação envolve vários bits em simultâneo, é envolve vários bits em simultâneo, é importante introduzir a noção de importante introduzir a noção de barramentobarramento (“ (“BusBus” em inglês)” em inglês)

Quem nunca ouviu falar do termo BUS Quem nunca ouviu falar do termo BUS quando nos referimos a um quando nos referimos a um computador?computador?


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Um barramento não é mais que um Um barramento não é mais que um conjunto de linhas que transportam conjunto de linhas que transportam sinais do mesmo tipo, e que devem ser sinais do mesmo tipo, e que devem ser tratadas de forma semelhantetratadas de forma semelhante

Por exemplo, o conjunto das linhas de Por exemplo, o conjunto das linhas de saída de um registo é um barramentosaída de um registo é um barramento

E o conjunto das entradas de E o conjunto das entradas de carregamento em paralelo de um carregamento em paralelo de um registo é outro barramentoregisto é outro barramento


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

Interligação com muxsInterligação com muxs

Objectivo: conseguir trocar informação Objectivo: conseguir trocar informação entre vários registos simultaneamenteentre vários registos simultaneamente

Em cada impulso de relógio, cada Em cada impulso de relógio, cada registo pode receber informação de registo pode receber informação de qualquer outro registoqualquer outro registo


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Exemplo: suponhamos que Exemplo: suponhamos que pretendemos interligar 4 registos de 5 pretendemos interligar 4 registos de 5 bits cada umbits cada um

Vamos ver que é uma solução muito Vamos ver que é uma solução muito dispendiosadispendiosa

Ver nos 3 acetatos a seguirVer nos 3 acetatos a seguir


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o





Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Vamos ver o que Vamos ver o que precisamos associar a precisamos associar a um dado registo de um dado registo de entre os 5 disponíveis, entre os 5 disponíveis, digamos o registo i digamos o registo i ((registo destinoregisto destino))

Ao Regi vamos juntar Ao Regi vamos juntar um multiplexer por um multiplexer por cada uma das cada uma das entradasentradas

Cada mux tem 2 Cada mux tem 2 entradas de selecção entradas de selecção e 4 entradas de dados e 4 entradas de dados




Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Cada entrada de dados Cada entrada de dados recebe a saída de peso recebe a saída de peso correspondente de um correspondente de um dos 4 registosdos 4 registos O que permite transferir O que permite transferir

de qualquer registo para de qualquer registo para qualquer registo, qualquer registo, incluindo do Regi para o incluindo do Regi para o RegiRegi

As entradas de As entradas de selecção dos Muxs selecção dos Muxs escolhem o escolhem o registo registo fontefonte




Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o



Buffers tri-stateBuffers tri-state

Felizmente, há uma alternativa à Felizmente, há uma alternativa à solução anterior, que utiliza buffers 3-solução anterior, que utiliza buffers 3-statestate

A saída do buffer vem em alta impedânciaquando o Enable está inactivo. Caso contráriofunciona como um buffer normal, que copia o nível de tensão da entrada para a saída

Símbolo de uma saída Tri-state


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Símbolo IEC de um buffer 3-state Símbolo IEC de um buffer 3-state quádruploquádruplo

Este símbolo significauma capacidadeacrescida de “drive”(maior “fanout”)das saídas


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Com 2 buffers 3-state podemos fazer Com 2 buffers 3-state podemos fazer multiplexagemmultiplexagem temporal temporal

IN0 para OUT se SEL.IN1 inactivo

No caso contrário, IN1 vem ligado a OUT


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Com um descodificador de n entradas Com um descodificador de n entradas e um conjunto de buffers tri-state é e um conjunto de buffers tri-state é possível implementar um mux de 2n possível implementar um mux de 2n entradas de dadosentradas de dados


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o


Podemos ainda utilizar buffers 3-state Podemos ainda utilizar buffers 3-state para formar para formar barramentos barramentos bidireccionaisbidireccionais


Pro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. C

arl

os

Sêrr

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

oPro

f. João P

aulo

Carv

alh

o

Interligação com 3-statesInterligação com 3-states

novembro de 2005 sistemas digitais 1 registos prof. carlos sêrro prof. joão paulo carvalho...

Documents