OC-Icap5

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Arquitetura de Computadores I
Maria Clicia Stelling de Castro
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Conceitos Básicos sobre Projeto de Circuitos Lógicos
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Projeto de Circuitos Lógicos 
Hardware  lógica digital
Circuitos eletrônicos digitais binários
2 níveis de tensão: 
 alto / baixo
 1 / 0
 verdadeiro / falso
 ativo / inativo
 set / reset
complemento e inverso um do outro
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Circuitos Lógicos Digitais
Podem ou não conter memória
Combinacionais
saída  entrada corrente
 representação: tabela verdade
Seqüenciais
 saída  entrada corrente e estado anterior armazenado (estado)
representação: máquina de estados finitos
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Tabela Verdade
n entradas  2n possíveis valores de saída
tabela verdade correspondente 2n linhas
funções lógicas mais simples
 A f (NOT)	 A B f (AND) A B f (OR)
 0 1 0 0 0 0 0 0
 1 0 0 1 0 0 1 1
 1 0 0 1 0 1
 1 1 1 1 1 1
descrevem completamente qualquer função lógica combinacional
inviável quando número de variáveis é muito grande
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Álgebra de Boole
Descreve circuitos lógicos combinacionais através de equações lógicas  valores 0s e 1s
3 operadores principais: 
operador unário NOT  Ā
se A = 1 então Ā = 0
AND  A . B 
 produto lógico
saída igual a 1 se e somente se todas as variáveis forem iguais a 1
OR  A + B
soma lógica
saída é igual a 1 se pelo menos uma das variável for igual a 1
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Leis da Álgebra de Boole
Tratamento de equações lógicas
Identidade
		A + 0 = A		A . 1 = A
Zero e um
		A + 1 = 1		A . 0 = 0
Inversão
		A + Ā = 1		A . Ā = 0
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Leis da Álgebra de Boole
Comutatividade
	A + B = B + A		A . B = B . A
Associatividade
	(A + B) + C = A + (B + C)
	(A . B) . C = A . (B . C)
Distributividade
	A . (B + C) = (A . B) + (A . C)
	A + (B . C) = (A + B) . (A + C)
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Teorema de De Morgan
A + B = Ā . B
A . B = Ā + B
 qualquer conjunto de funções lógicas pode ser escrito como uma série de equações
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Portas Lógicas
Circuitos lógicos são construídos através de portas lógicas 
 	NOT		AND		OR
Portas NAND e NOR 
		  universais ou suficientes
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Lógica Combinatória
Decodificadores
n bits de entrada
2n bits de saída
somente um bit de saída = 1
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Lógica Combinatória
Multiplexadores
n bits de entrada de controle 
2n bits de entrada de dados
1 bit de saída
valor da entrada de dados selecionada é apresentado na saída
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Lógica em Dois Níveis
Qualquer função lógica pode ser escrita na forma canônica  A ou Ā
2 níveis de portas
soma de produtos  AND/OR 
D = (Ā · B · C) + (A · B · C) 
produto de somas  OR/AND
D = (Ā + B + C) · (A + B + C) 
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PLA (Programmable Logic Array)
Circuito genérico para implementar a soma de produtos 
conjunto de entradas 
complementos dessas entradas 
dois estágios de lógica
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Don’t Care
Funções lógicas que contém valores
que não interessam
nunca ocorrem
Don´t cares  facilitam o processo de otimização da implementação de funções lógicas
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Relógios
Clocks  sinal periódico, com tempo de ciclo fixo
Freqüência = inverso do período
Período dividido em: nível alto e baixo
Circuitos sensíveis:
transições: positivas ou negativas
nível: alto baixo
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Elementos de Memória
Armazenam estado  sua saída depende tanto das entradas quanto do valor armazenado anteriormente nesse elemento 
Circuitos seqüenciais  latches, flip-flops, registradores e memórias 
Flip-flops: tipo D, JK, toggle
Conjunto de flip-flops do tipo D  construir registradores para armazenar um dado com vários bits 
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Máquinas de Estados Finitos 
Sistemas seqüenciais contêm estados armazenados em elementos de memória internos 
  não pode ser expresso através de tabela verdade
Através de máquinas de estados finitos podemos representar os sistemas eletrônicos seqüenciais
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Máquinas de Estados Finitos 
Conjunto de estados 
  todos os possíveis valores que a memória interna pode assumir
n bits  2n estados
Duas funções: 
próximo estado: função combinacional das entradas e do estado corrente
saída: função saída produz um conjunto de saídas a partir do estado atual e das entradas
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Máquinas de Estados Finitos 
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Métodos de Temporização de Circuitos 
Diferentes metodologias de temporização sensíveis
à transição do sinal de clock 
ao nível
Num sistema com temporização sensível à transição do clock com registradores entre circuitos lógicos combinacionais não existe a possibilidade de ocorrência de condições de corrida
Condição de corrida  quando o conteúdo de um elemento de estado depende da velocidade relativa de operação de outros elementos lógicos
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Métodos de Temporização de Circuitos 
Num sistema com temporização sensível ao nível, as mudanças de estados ocorrem quando o clock estiver no nível ativo
  mudanças não ocorrem instantaneamente
  condições de corrida podem acontecer mais freqüentemente
  clock lento
Projetos  temporização com duas fases
 
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Métodos de Temporização de Circuitos 
Sistema com duas fases
Aumenta a quantidade de não sobreposição entre as fases
  reduz a margem potencial de erro
  garante que o sistema opera corretamente se cada fase for suficientemente grande e se as fases não se sobrepuserem