Arquitetura de Computadores: Memórias - Nível lógico
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Arquitetura de Computadores: Memórias - Nível lógico

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Memórias -Nível lógico

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  • 1. ARQUITETURA DE COMPUTADORES MEMÓRIAS: NÍVEL LÓGICO
  • 2. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • A nivel de circuito digital: • Bit 0 = varia entre 0 e 0,5 volts • Bit 1 = varia entre 1 e 1,5 volts • Um transistor pode funcionar como um comutador binário muito rápido
  • 3. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • O transistor bipolar tem três conexões – Coletor – Base – Emissor • Em um circuito inversor (porta NOT): – Quando Vin está abaixo de certo valor, o transistor desliga e Vout assume um valor próximo de 1,5V (Vcc) – Quando Vin excede certo valor, o transistor liga e Vout assume um valor próximo de 0V (Terra)
  • 4. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES Vin = tensão de entrada Vout = tensão de saída Vcc = entrada de energia elétrica (tensão) Terra = sem tensão ou energia elétrica Resistor: necessário para limitar a quantidade de corrente drenada pelo transistor, de modo que ele não queime! Tempo para ir de um estado para o outro (ou seja, de 0 para 1): 1ns ou menos! Transistor
  • 5. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES Um transistor bipolar implementado. Você pode comprá-lo em lojas de eletrônica. Esquema Digital
  • 6. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • PORTA NAND • Dois transistores ligados em série; • Se V1 e V2 forem tensões altas, ambos os transistores conduzirão energia elétrica e Vout cairá para zero.
  • 7. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES PORTA NAND
  • 8. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • PORTA NOR • Dois transistores ligados em paralelo; • Se qualquer uma das entradas for alta, o transistor correspondente ligará e conectará a saída com o terra.
  • 9. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES Observação: • Portas NAND e NOR requerem apenas dois transistores • Portas AND e OR requerem três transistores. É necessário incluir um circuito inversor nessas portas para que a saída seja a desejada. • Esse é o motivo que leva à construção de computadores baseados apenas em portas NAND e NOR (menos transistores)
  • 10. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • Observações – BIPOLAR – MOS: semicondutor de óxido metálico – TTL: lógica transistor-transistor – ECL: lógica de emissor acoplado – Porque usar MOS se a ECL e a TTL são mais rápidas?
  • 11. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES • Vantagens da utilização da tecnologia MOS: –Exigem bem menos energia elétrica; –Ocupam um espaço muito menor; –Grande parte pode ser empacotada ou compactada; –Variedades: PMOS, NMOS e CMOS;
  • 12. CIRCUITOS INTEGRADOS • Portas lógicas não são fabricadas nem vendidas de forma individual, mas sim em módulos, unidades, que são denominadas CIRCUITOS INTEGRADOS; • É quadrado ou retangular de silício de tamanho variado, montados em pacotes de plástico ou cerâmica;
  • 13. CIRCUITOS INTEGRADOS • EXEMPLO: • DIP: dual inline packages ou pacotes duos em linha. Podem ter 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 40, 64 ou 68 pinos, entre eles, um para o terra, um para fonte de energia e vários para entrada e saída; • 1 chip tem mais de 1 milhão de transistores
  • 14. CIRCUITOS INTEGRADOS • Exemplo: • Quero construir um chip que contenha 500 milhões de portas NAND; • Seriam necessários 1.500.000.002 pinos (mais de um bilhão de pinos); • Espaço-padrão entre pinos: 1 milímetro; • Tamanho real do chip a ser projetado usando Lang Grid Arrays (LGAs): 38 metros • Isso é viável?
  • 15. CIRCUITOS INTEGRADOS • Circuitos combinatórios: circuito com múltiplas entradas e múltiplas saídas, no qual as saídas são determinadas exclusivamente pelas entradas em questão. É um circuito para uso geral. • Multiplexador: é um circuito combinatório. É um circuito com 2n entradas de dados, uma saída de dados e n entradas de controle que selecionam uma das entradas de dados.
  • 16. CIRCUITOS INTEGRADOS • Demultiplexador: é o circuito combinatório inverso do multiplexador; • Em suma, um mutiplexador/demultiplexador, é um dispositivo que codifica as informações de duas ou mais fontes de dados num único canal; • Decodificador: toma um número n de bits como entrada e o usa para selecionar exatamente uma das 2n linhas de saída.
  • 17. CIRCUITOS INTEGRADOS • Decodificador: é o circuito combinatório inverso do codificador; • Em suma, um codificador/decodificador, codifica um sinal que se encontra em uma forma para outra forma, usando um tipo de código; • Comparadores: é um circuito combinatório que compara duas entradas e gera uma saída.
  • 18. CIRCUITOS INTEGRADOS • Circuitos Aritméticos: é um circuito combinatório de uso aritmético; • Deslocador: é um circuito aritmético que trabalha com deslocamento de bits; • O deslocamento de bits é uma operação elementar de lógica binária que consiste na rotação de um conjunto de bits de um byte (8 bits) ou de uma palavra (16 bits).
  • 19. CIRCUITOS INTEGRADOS • Somadores: circuito aritmético para soma e subtração, essencial para toda e qualquer CPU; • Meio-somador: não trata o “vem-um” (carry in); • Somador Completo: composto de dois meio-somadores. Trata o “vai-um” (carry out) e o “vem-um”.
  • 20. CIRCUITOS INTEGRADOS • Unidade Lógica Aritmética: é um circuito integrado combinatório aritmético; • Efetua AND, OR e soma de duas palavras de máquina; • Para palavras de n bits, é composto de n circuitos idênticos para as posições individuais de bits.
  • 21. CIRCUITOS INTEGRADOS • Calcula: – A and B; (multiplicação booleana) – A or B; (soma booleana) – B negado; – A + B; (soma aritmética) • Também possui um circuito decodificador e um circuito somador completo;
  • 22. CIRCUITOS INTEGRADOS
  • 23. CIRCUITOS INTEGRADOS
  • 24. CIRCUITOS INTEGRADOS
  • 25. CIRCUITOS INTEGRADOS ULA de 1 bit
  • 26. MEMÓRIA DE 1 BIT • Circuito que se lembre de valores de entrada anteriores; • Construido com base em duas portas NOR; • Podem também ser construídos com portas NAND; • O circuito é denominado LATCH SR. Latch significa algo como fecho ou travo. S significa setting (ativa o latch) e R resetting (restaura ou libera o latch).
  • 27. LATCH SR
  • 28. LATCH D • É uma memória de 1 bit com apenas uma entrada, denominada D; • O valor armazenado sempre estará disponível na saída Q; • É composta por portas AND e NOR; • Requer 11 transistores; • Sua característica principal de funcionamento é transferir para a saída Q o valor da entrada de dados D sempre que CLK for 1, e manter o mesmo estado na saída se CLK for 0.
  • 29. LATCH D
  • 30. FLIP FLOP • A transição de estado não ocorre quando o CLOCK é 1, mas durante transição de zero para um (borda ascendente), ou de um para zero (borada descendente) • Diferença entre um FLIP FLOP e um LATCH: o LATCH é disparado pelo nível, enquanto que o FLIP FLOP é disparado pela borda. O disparo faz a mudança do estado do circuito.
  • 31. FLIP FLOP
  • 32. FLIP FLOP Figura a) LATCH: O estado é carregado quando o CLOCK é 1 Figura b) LATCH: o CLOCK costuma ser 1, mas cai para 0 momentaneament o para carregar o estado a partir de D Figura c) FLIP FLOP: muda de estado na borda ascendente do pulso do clock (transição de 0 para 1) Figura d) FLIP FLOP: muda de estado na borda descendente do pulso do clock (transição de 1 para 0)