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Registradores, Contadores e Memórias Equipe: Eduardo Borges Fábio Santana Carlos Alvarez Rodrigo Assis Kaio Mendes Márcio Alves

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Registradores, Contadores e Memórias

Equipe:

Eduardo BorgesFábio SantanaCarlos AlvarezRodrigo AssisKaio MendesMárcio Alves

Registradores, Contadores e Memórias

Sumário

a) Contadoresb) Registradoresc) Memória RAMd) Memória RAM Dinâmicae) Memória ROMf) Memória EPROMg) Memória E2PROM / EEPROM

Contadores

O contador consiste em um agrupamento de flip-flops, conectados entre si,para realizar operações de contagem.

O número de flip-flops usados e a forma na qual eles são conectadosdeterminam o número de estados (denominado módulo) e também asequência específica de estados que o contador percorre durante cada ciclocompleto.

Os contadores são classificados em duas grandes categorias de acordo com a forma que eles recebem os pulsos de o clock: assíncronos e síncronos.

Contadores Assíncronos

Nos contadores assíncronos, normalmente chamados de contadoresondulantes (ripple counters), o primeiro flip-flop recebe o clock por meiode um pulso de clock externo e cada flip-flop sucessivo recebe o clockatravés da saída do flip-flop anterior.

Contadores Assíncronos

Formas de ondas (diagrama temporal) de um contador binário assíncronode 3 bits.

Contadores Assíncronos

Sequência de estados lógicos para o contador binário assíncrono de 3 bits.

Contadores Assíncronos de Década

O módulo de um contador é o número de estados únicos pelos quais ocontador estabelece uma sequência. O número máximo de estadospossíveis (módulo máximo) de um contador é 2n, onde n é o número deflip-flops do contador. Os contadores podem ser projetados para ter umnúmero de estados em sua sequência que é menor que o valor máximo de2n. Esse tipo de sequência é denominada de sequência truncada.

01 10

01 1 0

Contadores Assíncronos de Década

Para obter uma sequência truncada, é necessário forçar o contador areciclar antes que ele passe por todos os estados possíveis. Por exemplo,um contador de década BCD tem que reciclar para o estado 0000 após oestado 1001.

Contadores Assíncronos de Década

Contadores Síncronos

Em contadores síncronos, a entrada de clock é conectada a todos os flip-flops de forma que eles recebem o clock simultaneamente.

Dentro de cada uma dessas categorias, os contadores são classificadosprincipalmente pelo tipo de sequência, o número de estados, ou o númerode flip-flops no contador.

Contadores Síncronos

Formas de ondas (diagrama temporal) de um contador binário síncrono de3 bits.

Contadores Síncronos

Sequência de estados lógicos para o contador binário assíncrono de 3 bits.

Contadores Crescente e Decrescente

Um contador crescente/decrescente (up/down) é aquele que é capaz deavançar nas duas direções uma determinada sequência. Um contadorcrescente/decrescente, algumas vezes denominado de contadorbidirecional, pode ter qualquer sequência especificada de estados.

Um contador binário de 3 bits que avança de forma crescente através desua sequência (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7) podendo então ser invertida de formaque ele segue a sequência na direção oposta (7, 6, 5, 4,3, 2, 1, 0), é umailustração de uma operação crescente/decrescente.

Contadores Crescente e Decrescente

Em geral, a maioria dos contadores crescente/decrescente (up/down) podeter o sentido da contagem invertida em qualquer ponto de sua sequência.Por exemplo, o contador binário de 3 bits pode ser controlado parapercorrer a seguinte sequência.

Contadores Crescente e Decrescente

Implementação básica de um contador binário crescente/decrescente.

Contadores Crescente e Decrescente

Contadores Crescente e Decrescente

Sequência de estados lógicos para o contador crescente / decrescente.

Contadores em Cascata

Os contadores podem ser associados por uma conexão em cascata para seconseguir operações com módulos maiores. Em essência, a conexão emcascata significa que a saída do último estágio de um contador aciona aentrada do próximo contador.

A seguir um exemplo de dois contadores conectados em cascata, sendo umcontador ondulante de 2 e 3 bits.

Contadores em Cascata

Formas de ondas (diagrama temporal) dos dois contadores ligados emcascata.

Registradores de Deslocamento

Um registrador é um circuito digital com duas funções básicas:armazenamento de dados e movimentação de dados. A capacidade dearmazenamento de um registrador o torna um importante tipo dedispositivo de memória.

A capacidade de armazenamento de um registrador é o número total debits (1s e 0s) dos dados digitais que ele pode reter.

Cada estágio (flip-flop) é um registrador de deslocamento que representaum bit da capacidade de armazenamento; portanto, o número de estágiosnum registrador determina sua capacidade de armazenamento.

A capacidade de deslocamento de um registrador permite o movimento dedados de um estágio para outro dentro do registrador ou ainda para dentroou para fora do registrador com a aplicação de pulsos de clock.

Registradores de Deslocamento

O registrador de deslocamento com entrada serial/saída serial aceita dadosseriais – ou seja, um bit de cada vez numa única linha. Ele gera em sua saídaa informação armazenada também de forma serial.

Registradores Serial / Serial

A seguir um exemplo do armazenamento de uma entrada de quatro bits(1010) no registrador de entrada serial e saída serial.

Operação de um registrador com entrada serial e saída serial.

Registradores Serial / Serial

Operação de um registrador com entrada serial e saída serial.

Registradores Serial / Serial

Os bits de dados são inseridos serialmente (primeiro o bit mais à direita),similar aos registradores de entrada serial e saída serial.

A diferença está na forma na qual os bits de dados são obtidos na saída doregistrador; num registrador com saída paralela, a saída de cada estágioestá disponível.

Uma vez armazenados os dados, cada bit aparece em sua linha de saídarespectiva e todos os bits são disponibilizados simultaneamente, em vez deum bit de cada vez como no registrador com saída serial.

Registradores Serial / Paralela

Um registrador de deslocamento de 4 bits com entrada serial/saída paralela

Registradores Serial / Paralela

Formas de ondas (diagrama temporal) de um registrador de deslocamentode 4 bits com entrada serial/saída paralela

Registradores Serial / Paralela

No registrador de entrada paralela os dados são introduzido de uma únicavez e a saída paralela também é disponibilizada simultaneamente. Oregistrador com entrada paralela/saída paralela emprega os dois métodos.

Imediatamente em seguida à entrada de todos os bits de dados, essesaparecem nas saídas em paralelo, a partir da sincronização do clock.

Registradores Paralela / Paralela

Um registrador de deslocamento de 4 bits com entrada paralela e saídaparalela.

Registradores Paralela / Paralela

Um registrador de deslocamento bidirecional é aquele no qual os dadospodem ser deslocados para a esquerda ou para a direita.

Isso pode ser implementado usando lógica de controle que habilita atransferência do bit de dado de um estágio para o próximo estágio à direitaou à esquerda, dependendo do nível lógico na entrada de controle.

Registradores de Deslocamento Bidirecionais

Um registrador de deslocamento bidirecional.

Registradores de Deslocamento Bidirecionais

Formas de ondas (diagrama temporal) de um registrador de deslocamentobidirecional.

Registradores de Deslocamento Bidirecionais

Os dispositivos de memória aqui abordados são geralmente usados paraarmazenar por um período mais longo uma maior quantidade de dados queum registrador é capaz.

Memórias Semicondutoras

A memória semicondutora produzida com componentes de estado sólido éum dos tipos de memórias mais utilizados em circuitos digitais atualmente.

A memória semicondutora produzida com componentes de estado sólido éum dos tipos de memórias mais utilizados em circuitos digitais atualmente.

Este tipo de memória divide-se, basicamente em dois tipos: RAM (RandomAccess Memory) e ROM (Read Only Memory).

Memórias RAM

Existem dois tipos básicos de memória RAM:

RAM Estática e RAM Dinâmica.

A memória RAM - Random Access Memory (Memória de Acesso Aleatório)é um tipo de memória essencial para o circuito digitais, sendo usada paraguardar dados e instruções de um programa.

Tem como características fundamentais, a volatilidade, ou seja, o seuconteúdo é perdido quando o circuito é desligado; o acesso aleatório aosdados e o suporte à leitura e gravação de dados.

O processo de gravação é destrutivo e a leitura é não destrutiva.

Memórias RAM

RAM Estática (SRAM)

Memória baseada na tecnologia de transistores. Não requer atualização dosdados. Consome mais energia (o que gera mais calor) comparando-se coma memória dinâmica, sendo significativamente mais rápida. Éfrequentemente usada em computadores rápidos. Possui capacidade dearmazenamento bem menor que a memória dinâmica.

RAM Dinâmica (DRAM)

Memória baseada na tecnologia de capacitores. Requer a atualizaçãoperiódica do conteúdo de cada célula do chip, consumindo, assim,pequenas quantidades de energia. Possui acesso lento aos dados. Umaimportante vantagem é a grande capacidade de armazenamento oferecidapor este tipo de tecnologia.

Memórias RAM

RAM Dinâmica

VantagensBarata Baixo ConsumoAlta Densidade

DesvantagensNecessita de Atualização Lenta

RAM Estática

VantagensRápida Não necessita de atualização

DesvantagensMais cara Consome Mais EnergiaBaixa Densidade

Memórias RAM

Estrutura de Acesso de uma RAM :

GND

Barra de endereços

Barra de controle

Barra de Dados

(bidirecional)

RAMmxn

RAM mxn: “m” endereços de “n” bits

VCC

Memórias RAM

Memórias RAM

Memórias RAM

A memória ROM – Read Only Memory (Memória Apenas de Leitura) é umtipo de memória a semicondutor, projetada para armazenar dadosque nunca mudam ou que, se mudarem, o farão com pouquíssimafrequência.

É um tipo de memória que contém instruções imutáveis. É não-volátil, ouseja, os dados não são perdidos com a ausência de energia. É, também, deacesso aleatório.

Memórias ROM

A memória semicondutora produzida com componentes de estado sólido éum dos tipos de memórias mais utilizados em circuitos digitais atualmente.

Memórias ROM

A ROM programada por máscara tem suas posições de memória escritaspelo fabricante de acordo com as especificações do cliente.

Um negativo fotográfico, denominado máscara, é usado para especificar asconexões elétricas do chip.

A maior desvantagem destas ROMs é o fato de elas não poderem serapagadas e reprogramadas, quando uma mudança qualquer no projeto dodispositivo exigir modificações nos dados armazenados.

Neste caso, a ROM com os dados antigos não podem ser reaproveitada.

ROM Programada por Máscara.

Memórias ROM

Diagrama em Blocos da ROM

Controle

Endereço Dados

Memórias ROM

ROM Programada por Máscara.

Memórias ROM

PROM - ROM Programável (Programmable Read Only Memory)

Uma ROM programável por máscara é muito dispendiosa e não deve serusada a não ser para aplicações que exijam a produção de uma grandequantidade de chips, fazendo com que os custos de fabricação sejadivididos por um número bem grande de unidades.

A indústria desenvolveu as PROMs a fusível, programáveis pelo usuário, istoé, elas não são programadas durante o processo de fabricação, e sim pelousuário, de acordo com suas necessidades.

Memórias ROM

PROM - ROM Programável (Programmable Read Only Memory)

As PROMs usam fusíveis que podem ser abertos seletivamente pelousuário para programar um zero lógico na célula em questão

Memórias ROM

EPROM - ROM Programável e Apagável (Erasable Programmable ROM)

Uma EPROM pode ser programada pelo usuário, podendo, além disso, serapagada e reprogramada quantas vezes forem necessárias.

Uma vez programada, a EPROM comporta-se como memória não-volátilque reterá os dados nela armazenados indefinidamente.

O processo de programação de uma EPROM envolve a aplicação de níveisespeciais de tensão (na faixa entre 10 e 25 V) às entradas apropriadas dochip por um intervalo de tempo determinado (em geral 50 ms por posiçãode memória).

Memórias ROM

EEPROM - EPROM Apagável Eletricamente (Electrically Erasable PROM)

As EPROM têm duas grandes desvantagens. A primeira é o fato de elasprecisarem ser retiradas de seu soquete para serem apagadas ereprogramadas. A segunda é o fato de a operação de apagamento removero conteúdo da memória inteira, obrigando que a mesma tenha de sercompletamente reprogramada.

A maior vantagem da EEPROM sobre a EPROM é a possibilidade deapagamento e reprogramação de palavras individuais, em vez da memóriatoda. Além disso, uma EEPROM pode ser totalmente apaga em 10 ms, nopróprio circuito, contra mais de 30 minutos para uma EPROM.

Pelo fato de a EEPROM poder ser apagada e reprogramada sem serremovida do circuito através da aplicação de tensões específicas, torna-senecessário o acréscimo de alguns componentes ao circuito da EEPROM,componentes estes que não existem no caso da EPROM.

Aplicação das Memórias ROM

FIRMWARE (Microprograma):

Até agora, uma das mais importantes aplicações da memória ROM é noarmazenamento dos microprogramas de um computador. Algunsmicrocomputadores também armazenam em ROM seu sistemaoperacional e, em alguns casos, até seus interpretadores de linguagem.

Os programas do computador que estão armazenados em ROM sãodenominados firmware pelo fato de não estarem sujeitos a mudança, aocontrário daqueles armazenados em RAM (software).

Aplicação das Memórias ROM

TABELAS DE DADOS:

São muitas vezes usadas para armazenar tabelas de dados que não mudamnunca. Alguns exemplos de tais tabelas são aquelas utilizadas paraimplementar funções trigonométricas e as tabelas de conversão.

CONVERSORES DE DADOS:

Os circuitos de conversão de dados recebem um dado expresso emdeterminado tipo de código, e produzem uma saída expressa em outro tipode código.

Aplicação das Memórias ROM

GERADORES DE CARACTERES:

Se você já prestou atenção alguma vez aos caracteres alfanuméricosimpressos na tela de display de cristal líquidos, deve ter notado que elessão formados por um grupo de pontos.

GERADOR DE FUNÇÕES:

O gerador de funções é um circuito que produz em suas saídas formas deonda das mais diversas, como senoidais, dentes de serra, ondastriangulares e ondas quadradas.