Post on 08-Apr-2018
CircuitosCircuitosDigitaisDigitais
INF01058
IntroduçãoIntrodução
Aula 1
Circuitos Digitais
Objetivo
• Projetar circuitos digitais:– Combinacionais– Sequências
• Testar a analisar circuitos digitais– Funcionamento– Área– Desempenho (velocidade)– Potência
Circuitos Digitais
Mundo Digital
Circuitos 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
Circuitos Digitais
• circuitos analógicos x digitais– analógicos
• transistores como amplificadores de corrente• tensões contínuas
– digitais• transistores como chaves• tensões discretizadas: 0 e 1
Circuitos 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
Circuitos Digitais
• Circuito e Sistemas Digitais– Grandezas: Representação binária
Ex:• Decimal para Binário• Binário para decimal• Hexadecimal para binário• Binário para Hexadecimal
Circuitos 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 ]
Circuitos 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
Circuitos Digitais
Circuito Digital
CircuitoCircuito CombinacionalCombinacional
Memória
Máquina deEstados
CircuitosSequênciais
Circuitos 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
Circuitos 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
Circuitos Digitais
waffer• Fatores de evolução
– densidade de integração, áreaocupada
– consumo de potência– freqüência de operação– custo de fabricação
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Wafer of Intel® Itanium® processors
Circuitos Digitais Circuitos 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
Circuitos Digitais
10100011001
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• 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
Circuitos 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
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Avaliação
• Verificações (V1 e V2)• Notas de laboratório (P)• Trabalho Prático em dupla (T)
Circuitos 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.
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Livro Texto
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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.
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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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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
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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?