ARQUITETURA DE
COMPUTADORES
MEMÓRIAS: NÍVEL LÓGICO
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• A nivel de circuito digital:
• Bit 0 = varia entre 0 e 0,5 volts
• Bit 1 = varia entre ...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• O transistor bipolar tem três conexões
– Coletor
– Base
– Emissor
• Em um circuito inve...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
Vin = tensão
de entrada
Vout = tensão
de saída
Vcc = entrada
de energia
elétrica
(tensão)...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
Um transistor bipolar implementado. Você pode comprá-lo em lojas de eletrônica.
Esquema D...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• PORTA NAND
• Dois transistores
ligados em série;
• Se V1 e V2 forem
tensões altas, ambo...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
PORTA NAND
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• PORTA NOR
• Dois transistores
ligados em paralelo;
• Se qualquer uma das
entradas for a...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
Observação:
• Portas NAND e NOR requerem apenas dois transistores
• Portas AND e OR reque...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• Observações
– BIPOLAR
– MOS: semicondutor de óxido metálico
– TTL: lógica transistor-tr...
O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
• Vantagens da utilização da tecnologia MOS:
–Exigem bem menos energia elétrica;
–Ocupam ...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Portas lógicas não são fabricadas nem
vendidas de forma individual, mas sim em
módulos, unidades, q...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• EXEMPLO:
• DIP: dual inline packages ou pacotes duos
em linha. Podem ter 14, 16, 18, 20, 22, 24,
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CIRCUITOS INTEGRADOS
• Exemplo:
• Quero construir um chip que contenha 500 milhões de
portas NAND;
• Seriam necessários 1....
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Circuitos combinatórios: circuito com
múltiplas entradas e múltiplas saídas, no
qual as saídas são ...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Demultiplexador: é o circuito combinatório
inverso do multiplexador;
• Em suma, um
mutiplexador/dem...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Decodificador: é o circuito combinatório
inverso do codificador;
• Em suma, um codificador/decodifi...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Circuitos Aritméticos: é um circuito
combinatório de uso aritmético;
• Deslocador: é um circuito ar...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Somadores: circuito aritmético para soma
e subtração, essencial para toda e qualquer
CPU;
• Meio-so...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Unidade Lógica Aritmética: é um circuito
integrado combinatório aritmético;
• Efetua AND, OR e soma...
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Calcula:
– A and B; (multiplicação booleana)
– A or B; (soma booleana)
– B negado;
– A + B; (soma a...
CIRCUITOS INTEGRADOS
CIRCUITOS INTEGRADOS
CIRCUITOS INTEGRADOS
CIRCUITOS INTEGRADOS
ULA de
1 bit
MEMÓRIA DE 1 BIT
• Circuito que se lembre de valores de entrada
anteriores;
• Construido com base em duas portas NOR;
• Po...
LATCH SR
LATCH D
• É uma memória de 1 bit com apenas uma entrada,
denominada D;
• O valor armazenado sempre estará disponível na sa...
LATCH D
FLIP FLOP
• A transição de estado não ocorre quando o
CLOCK é 1, mas durante transição de zero
para um (borda ascendente),...
FLIP FLOP
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
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Arquitetura de Computadores: Memórias - Nível lógico

  1. 1. ARQUITETURA DE COMPUTADORES MEMÓRIAS: NÍVEL LÓGICO
  2. 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. 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. 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. 5. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES Um transistor bipolar implementado. Você pode comprá-lo em lojas de eletrônica. Esquema Digital
  6. 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. 7. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES PORTA NAND
  8. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 22. CIRCUITOS INTEGRADOS
  23. 23. CIRCUITOS INTEGRADOS
  24. 24. CIRCUITOS INTEGRADOS
  25. 25. CIRCUITOS INTEGRADOS ULA de 1 bit
  26. 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. 27. LATCH SR
  28. 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. 29. LATCH D
  30. 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. 31. FLIP FLOP
  32. 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)
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