ESTRUTURA BÁSICA COMPUTADOR - UTFPR · 05/06/2017 3 EXEMPLO DE UMA INSTRUÇÃO MIPS Aula 09 -...

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AULA 09 –REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

(SHIFT-REGISTERS)

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

ELETRÔNICA DIGITAL - ET75C - Profª Elisabete N Moraes

Em 02 de junho de 2017.

ESTRUTURA BÁSICA COMPUTADOR

Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17

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APRESENTAÇÃO REGISTRADORES


3

A vantagem de um registrador frente a

uma posição de memória é a versatilidade

de movimentação de bits.

• Em um registrador de aspecto geral, tem-

se a capacidade de:

– deslocar tanto para a direita como para

esquerda;

– entrada e saída paralela;

– “setar” e “resetar” bit

Créditos: http://www.dicaeinformatica.com.br/informatica-para-concurso-publico-nocoes-de-hardware/

Um registrador é um local interno à CPU, onde os dados que foram buscados na

memória são armazenados.

• O registrador é um circuito lógico que tem a finalidade de reter a curto prazo um

conjunto de bits.

• Os acumuladores (A) são os registradores que armazenam os resultados de uma

operação aritmética [4].

APRESENTAÇÃO REGISTRADORES


4

A função da memória é a de armazenar dados destinados a serem, em algum

momento, utilizados pelo processador (MONTEIRO, 2007).

O processador busca dados e instruções de onde estiverem armazenadas e os

deposita temporariamente em seu interior para que possa realizar as operações

solicitadas utilizando seus demais componentes (seria análogo à função memória de

uma calculadora).

Os dispositivos denominados registradores são os locais onde esse conteúdo fica

armazenado, sendo destinados também para o armazenamento de instruções,

endereços entre outras finalidades [3].

Assim, o conceito de registrador surgiu da necessidade do processador de armazenar

temporariamente dados intermediários durante um processamento.

Por exemplo, quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até

que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para com ele realizar

uma nova operação {1}.

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EXEMPLO DE UMA INSTRUÇÃO MIPS


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add a , b , cSoma da variável b e c e

coloca o resultado em a.

operandos

Supondo que deseja-se colocar a soma das variáveis b, c, d e e na variável a.

a= b+c+d+e

A sequência de instruções para a realização desta soma.

Quanto mais

simples

melhor!

add a , b , c #a soma b+c é colocada em a

add a , a , d #a soma b+c+d é colocada em a

add a , a , e #a soma b+c+d+e é colocada em a

Número

reduzido de

operandos

Mnemônico:

representação

simbólica

FORMATO DE UMA INSTRUÇÃO PARA UMA

CPU SIMPLES


6Créditos: http://www.manmrk.net/tutorials/assembly/aoa/DigitalDesigna4.html

Instruction (opcode) Format

S=SOURCE

D=DESTINY

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BIG X LITTLE ENDIAN


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Créditos: By R. S. Shaw - Own work, Public Domain,

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2974661

Denota a forma de entrada para um sistema de dados de encomenda na memória de um

computador em que o mais significativo (big-endian) ou menos significativo (little-endian)

byte é colocada em primeiro lugar.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DA

CONTEXTUALIZAÇÃO


8

1. Organização e Arquitetura de Computadores. Eliane Mª de Bortoli Fávero. Disponível em

http://redeetec.mec.gov.br/images/stories/pdf/eixo_infor_comun/tec_inf/081112_org

_arq_comp.pdf. Acessado em 2Jun16.

2. PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Organização e projeto de computadores:

interface hardware/software. 2014.

3. http://www.di.ufpb.br/raimundo/Hierarquia/Registradores.html. Acessado em 4 jun 16.

4. http://usuarios.upf.br/~appel/arquiI/registradores.pdf. Acessado em 4 jun 16.

5. http://entendendoti.blogspot.com.br/2011/06/registradores-da-cpu.html. Acessado

em 4 jun 16.

6. http://www.numaboa.com.br/informatica/queisso/521-registradores. Acessado em 4

jun 16.

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INTRODUÇÃO


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Os registradores de deslocamento consistem de arranjos de flip-flops e são importantes em

aplicações que envolvem o armazenamento e a transferência de dados em sistemas digitais.

Um registrador, diferentemente de um contador não tem uma sequência de estados

específica, exceto em certas aplicações muito especializadas.

Um registrador, em geral, é usado somente para armazenamento e deslocamento de dados

(1s e 0s) recebidos de uma fonte externa e normalmente não possui características internas

de sequência de estados.

Floyd Cap. 9

Tocci

REGISTRADORES-DESLOCAMENTO DADOS


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REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO

(SHIFT REGISTERS - SR)


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Circuitos eletrônicos que permitem o armazenamento temporário de dados

envolvidos em processos de leitura, transferência ou processamento de bits por

circuitos associados. Realizam o deslocamento de uma posição os elementos de

um vetor de bits, em cada ciclo de relógio.

Basicamente, são constituídos por flip-flops do mesmo tipo que possuem entrada

e saída de dados e com as mesmas entradas de controle. Podendo ser abstraído

como um único FF com maior capacidade de armazenamento.

Normalmente o número de bits armazenáveis em um registrador é limitado, sendo

o que o diferencia de uma memória, cuja capacidade é bem maior. São usados em

circuitos de interface para a conversão série ↔ paralelo.

Configurações básicas:

1. Entrada série e saída série (SISO)

2. Entrada paralela e saída paralela (PIPO)

3. Entrada série e saída paralela (SIPO)

4. Entrada paralela saída série (PISO)

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-digital/102-licao-11-como-funcionam-os-registradores-de-deslocamento-shift-registers


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Bit injetado Descida(s )

do clock

D1 Q1=

D2

Q2=

D3

Q3=

D4

Q4

D Q

0 0

1 1

I0 = 0 1ª 0 0 0 0 0

I1 = 1 2ª 1 0 0 0 0

I2 = 0 3ª 0 1 0 0 0

I3 = 1 4ª 1 0 1 0 0

I0 = 0 5ª 0 1 0 1 0

I1 = 0 6ª 0 0 1 0 1

I2 = 0 7ª 0 0 0 1 0

I3 = 0 8ª 0 0 0 0 1

0

1 0

0 1 0

1 0 1 0

ENTRADA SÉRIE E SAÍDA SÉRIE

No 4º clock a

entrada 1010 está

armazenada.

1 0 1 0

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-digital/102-licao-11-como-funcionam-os-registradores-de-deslocamento-shift-registers

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ENTRADA PARARELA E SAÍDA PARALELA


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Q

S

R

Q

D Q

S

R

Q

D Q

S

R

Q

D Q

S

R

Q

D

CK

IN IN IN INPa Pb Pc Pd

Qa Qb Qc Qd

PR

CL

Barramento de saída

Barramento de entrada

__

__

• Um registrador de deslocamento com entrada série e saída paralela

possui uma saída para cada bit armazenado, colocando-os disponíveis de Q1

até Qn.

• Os registradores deste tipo são utilizados para efetuar conversões de série

para paralelo.

ENTRADA SÉRIE E SAÍDA PARALELA

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8

• Um registrador de deslocamento com entradas paralelas e saída série

proporciona a conversão de uma informação paralela para serial. São os

chamados conversores paralelo serial.

ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE

ANÁLISE OPERAÇÃO CÉLULA DO //SÉRIE


16

Quando habilita=0 as entrada PRN do FF não é ativada, não ocorre nenhuma alteração.

0

0

1

0

Inicialmente CLRN = 0

0

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ANÁLISE DE UMA CÉLULA DO PARALELO-SÉRIE


17

Quando habilita=1 a entrada PRN do FF é uma função da entrada do dado paralelo-E3.

1

1

1

0

Se E3=0 saída assume o valor lógico 0

0

0

0

0

ANÁLISE DE UMA CÉLULA DO PARALELO-SÉRIE


18

Quando habilita=1 as entrada PRN do FF é uma função da entrada do dado paralelo-E3.

1

1

0

1


1

1

0

1


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• Converter o dado “1011” para serial

Passos:

1) Fazer CLRN = ‘0’ => Zera todas as saídas dos Flip-Flops

ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE-ANÁLISE

0

0

0 0 0

10

1

1

2) Fazer CLRN = ‘1’

3) Fazer habilita = ‘1’

4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’



0

0

0 0 0

10

1

1

1

11 1 1

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4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’



0 0 0 0

10

1

1

1

1 1 1 11

1 0 1 1



4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’


ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE

10

1

1

1

1 1 10 0 0 110

0

1 0 1 1

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REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO PARA OPERAR COMO DIVISOR POR 2

ES

CK

Q3 Q2 Q1 Q0

I3 I2 I1 I0

Se a informação I0, I1, I2 e I3 for um número binário, ao ser deslocada uma casa à

direita e na entrada série (ES) é colocado nível lógico “0”, tem-se a seguinte situação:

Shift Register

ES

CK

Q3 Q2 Q1 Q0

1 0 1 0 I=1010 (2)= 10 (10)

0

I=0101 (2) = 5 (10)

Shift Right (SR)

02-Jun-17Aula 09 - Registradores de deslocamento

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1 0 1 00

Qanterior

Qatual

REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO PARA OPERAR COMO MULTIPLICADOR POR 2

Se a informação I0, I1, I2 e I3 for um número binário, ao ser deslocada uma casa à

esquerda e levando a saída Q0 em nível lógico “0”, tem-se a seguinte situação:

ES

CK

Q3 Q2 Q1 Q0

0 0 0 1

I=0001 (2) = 1 (10)

0 I=0010 (2) = 2 (10)

Shift Left


24

0 0 0 1

Qanterior

Qatual

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EXERCÍCIOS – FLOYD P. 514Obter a saída de cada FF .


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EXERCÍCIOS – FLOYD P. 514


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CIRCUITOS MULTIVIBRADORES


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Tocci, seção 5.24.

Créditos: Prof. Hamilton Savi

Circuitos cuja saída varia entre dois estados.

São empregados como osciladores ou circuitos modificadores de sinais:

✓ Biestáveispossuem dois estados estáveis e são exemplificados pelos FFs.

✓Monoestáveis possuem um estado estável, no qual podem permanecer

indefinidamente e, um estado quase estável, em que permanece por um intervalo de

tempo predefinido que passado algum tempo regressa ao estado inicial. Uso como

gerador de pulso. Ex: minuteria.

✓Astáveis não possuem estados estáveis, por isso a saída oscila indefinidamente

entre dois estados possíveis, com uma frequência determinada.

Vout

T

Vout


Tocci, seção 5.24.

http://pessoal.utfpr.edu.br/celiacristina/arquivos/clock.pdf

www.sabereletronica.com.br/artigos/2803-10-projetos-prticos-de-osciladores

CIRCUITOS GERADORES DE CLOCK


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Circuitos que produzem o sinal que ativa o clock de circuitos síncronos. Oscilam entre

dois estados instáveis, portando são multivibradores astáveis.

• Oscilador Schimitt-Trigger (ST)

• CI Temporizador 555

• Cristais de quartzo

O ST e o 555 são limitados, pois dependem de componentes elétricos e

eletrônicos que alteram o seu valor com o envelhecimento, temperatura, com

limitações sobre a faixa de frequência a ser gerada.

Para essas aplicações que exigem estabilidade e precisão os cristais de quartzo

são os mais indicados.

http://www.cin.ufpe.br/~pam2/Coisas/Cap%EDtulo 05.pdf

http://pessoal.utfpr.edu.br/celiacristina/arquivos/clock.pdf

http://www.sabereletronica.com.br/artigos/2803-10-projetos-prticos-de-osciladores

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OSCILADOR DE ONDA QUADRADA ST-7414


29

Devido à sua curva de histerese e também por aceitar tensões de entrada variáveis,

um inversor Schimitt-Trigger pode ser usado para implementar um circuito astável.


R

C

Frequência em função do R e C, conforme datasheet do fabricante do CI.

CI f (Hz)

7414 0.8/RC, R 500

74LS14 0.8/RC, R 2k

74HC14 1.2/RC, R 10M

CRISTAIS OSCILADORES


30

Quando certos cristais são comprimidos ou expandidos em direções específicas, os

mesmos geram cargas em suas superfícies. Este fenômenos é chamado de efeito

piezoelétrico.

Os cristais mais adequados para a finalidade em questão são o quartzo, sal de Rochelle

e a Turmalina, sendo o quartzo é o mais usado devido ao baixo custo, robustez mecânica

e pouca variação da frequência em função da temperatura. A faixa de frequência

compreende desde 1kHz a 200MHz.

Os cristais de quartzo são estruturas em que os átomos se dispõem de uma forma

ordenada que se repete em toda a sua extensão. Assim, forma-se uma espécie de

rede de átomos com uma disposição totalmente ordenada em toda sua extensão

Ao ser excitado o cristal ressoa/vibra alguns milhões de vezes por segundo, com

elevada precisão.

http://www.jdbte.com.br/wjrteleco/cristal%201.pdf

http://www.jdbte.com.br/wjrteleco/cristal 1.pdf

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GERADOR DE CLOCK A CRISTAL


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CRISTAL X OSCILADOR A CRISTAL

Um cristal sozinho não pode entrar em vibração espontaneamente. A excitação que

coloca um cristal em oscilação e depois mantém esta oscilação é obtida por meio de um

circuito especial. Este circuito é um amplificador que tem um elo de realimentação e ao

conjunto assim obtido denomina-se "oscilador a cristal”.

Circuitos RC não são precisos ou estáveis (temperatura, vida útil), desta forma

geradores utiliza-se geradores a cristal de quartzo para esta finalidade.

CI 555


32

CI versátil usado em todas as áreas de eletrônica,

para produzir atrasos de tempo ou oscilações. O

tempo é controlado precisamente por um capacitor

e resistor externos. Usado como Astável,

Monoestável ou Schmitt Trigger.

•alimentação 5 a18V

•corrente de saída compatível

com TTL (alimentação 5V)200mA

•temporização mínima 10(s)

•temporização máxima 5(minutos)

•período máximo 1400(s)

•frequência máxima 70(kHz)

1=terraterminal negativo da tensão de alimentação

2=disparotambém chamado de “trigger” , é a entrada do comparador inferior, é usado para levar a saída ao nível alto.O

disparo é realizado quando a tensão neste terminal cair abaixo de 1/3 Vcc, ou metade da tensão de controle.

3=saída é o terminal de saída do circuito, seu nível de tensão quando ativado é igual a Vcc

4=reseto aterramento deste terminal, interrompe o ciclo do tempo, quando não utilizado, deve ser ligado a Vcc

5=tensão de referência ou controle este terminal dá acesso direto ao ponto de 2/3 de Vcc, que é o nível de referência do

comparador superior.Aplicando-se uma tensão externa a este ponto, alteram-se as tensões de limiar e de disparo.Quando

não utilizado, deve ser conectado a um capacitor de nF para massa.

6=tensão de limiaro ciclo termina, ou seja, a saída é desligada, assim que a tensão deste terminal atinge 2/3 Vcc, ou a

tensão do terminal 5

7=descargaconectado à massa por um transistor operando em saturação,quando a saída estiver em nível baixo, e é

isolado da massa, quando o transistor está cortado, em nível alto.Desta forma controla-se a carga e descarga do capacitor

externo de temporização

8=+Vcc terminal positivo da alimentação, 5 a 18V.

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555 COMO MONOESTÁVEL

CI temporizador 555 como monoestável

A duração do estado instável é calculada por:

Ti =1,1.R2.C


34

555 COMO ASTÁVEL

TH

Vout

Os tempos alto ( TH ) e baixo ( TL ) são calculados por :

TH = 0,69.( RA + RB ).C

TL = 0,69.RB.C

TL

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EXERCÍCIO TOCCI


35

Calcule a frequência e a taxa de ciclo da saída do multivibrador astável 555 para

C=0,001uF, RA=2k2ohms e RB=100kohms. Taxa de ciclo duty cycle

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