Sistemas secuenciales

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    Sistemas secuenciales Sistemas secuenciales Presentation Transcript

    • CONTROL Y PROGRAMACIÓNDE SISTEMAS AUTOMÁTICOS- SISTEMAS SECUENCIALES YARQUITECTURAS -Luis Miguel GARCÍA GARCÍA-ROLDÁNDpto. de TecnologíaIES CAP DE LLEVANT - MAÓTECNOLOGÍA INDUSTRIAL II – 2º BACHILLERATOMaó - 2010
    • 2Contenido (I) Distinción de sistemas analógicos y digitales. Circuitos lógicos combinacionales. Álgebra de Boole. Seguimiento de las normes deaplicación de postulados y teoremas. Construcción de tablas de verdad a partir de enunciados de problemas lógicos.Simplificación de funciones lógicas. Formulación de funciones lógicas a partir de circuitos eléctricos conmutados o deesquemas con puertas lógicas. Implementación de funciones lógicas con puertas electrónicas. Circuitos integradoscombinacionales. Resolución de problemas de control con circuitos combinacionales. Rigor en lassoluciones. Aplicación al control del funcionamiento de un dispositivo. Iniciativa a la hora de montarcircuitos. Circuitos lógicos secuenciales. Distinción entre sistemas combinacionales ysecuenciales. Descripción de los principales circuitos secuenciales: memorias, registros dedesplazamiento, contadores síncronos y asíncronos. Análisis del esquema de un circuito secuencial sencillo. Construcción del diagrama defases. Circuitos de control programado. Programación rígida y flexible. Programadores.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 3Contenido (II) El microprocesador y sus instrucciones básicas. El microcontrolador. Diseño de circuitos microcontrolados sencillos. Autómata programable. Aplicación al control programado de un mecanismo. El ordenador como elemento de control: hardware y software. Interfaces. Lenguajes de programación para el control de procesos mediante ordenador. Realización de un programa sencillo de control de datos a través de algún puerto deordinador. Autonomía en la resolución de ejercicios. análisis de la arquitectura de un ordenador tipo PC. Introducción a los protocolos decomunicación. Adquisición, transmisión y gestión de datos. Uso de las herramientas informáticas para la captación, almacenamiento, análisis ytratamiento de la información, redacción de memorias, confección de planos ycomunicación. Hábito de lectura de temes informáticos actualizados. Satisfacción por los avancesobtenidos.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 4Circuitos lógicos secuenciales CIRCUITO SECUENCIAL es todo sistema digital en el quesus salidas son función del estado actual de sus entradasy del estado anterior de sus salidas. Por tanto, almacenande forma indefinida el estado de las salidas. Poseenmemoria.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 5Biestables BIESTABLES (latches) son circuitos secuencialesconstruidos a base de puertas lógicas que tienen lacapacidad de almacenar información binaria de un bit Disponen de dos salidas capaces de mantener los dosestados de un bit de manera estable, aunque desaparezcanlas entradas. También se llaman células elementales de memoria. Los más utilizados son los biestables RS, JK, T ó D.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 6Biestables RS (I) Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados(alto y bajo), cuyas entradas R y S, a las que debe elnombre, permiten al ser activadas: R: el borrado (reset), puesta a 0 de la salida. S: el grabado (set), puesta a 1 de la salida. Tiene dos salidas Q y Q’ Si no se activa ninguna de las entradas, el biestablepermanece en el estado que poseía tras la última operaciónde borrado o grabado. En ningún caso deberían activarseambas entradas a la vez, ya que esto provoca que lassalidas directa (Q) y negada (Q) queden con el mismovalor.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 7Biestables RS (II)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC Pueden ser implementados condiferentes puertas lógicas. Neste caso, con puertas NOR
    • 8Biestables RS (III) Este biestable RS está implementado con puertas NAND yfunciona con lógica negativaCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 9Biestables JK Funciona igual que el biestable RS pero elimina la indeterminación de lacombinación R=1 y S=1 (se producirá cambio) La entrada J pone la salida a 1 (set), mientras que la entrada K la pone a 0(reset)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC Es un RS con dos AND’s a la entradapara introducir la entrada de CK ypara evitar la combinación 1 1 en laentrada del RS
    • 10Biestables T Es un biestable JK cuyas entradas están unidas De esta forma, cuando T=0 la salida Q no cambia mientrasque cuando T=1 la salida Q cambia. No tiene opciones de set o reset; únicamentemantenimiento o cambio de la salidaCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 11Biestables D Es un biestable cuya salida Q adopta el valor de la entradaD. Su función es almacenar en memoria el dato quequeramos; 1 o 0CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 12Entrada de reloj en circuitos secuenciales La señal de reloj es un tren de pulsos con un valor de frecuenciaseleccionado según las necesidades de nuestros circuitos Sirve para marcar el ritmo y los instantes en los que las salidas de loscircuitos se actualizan (son válidas) Existen tres modos de indicar el instante de validación de las salidas:CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 13Registros de desplazamiento (I) REGISTRO DE DESPLAZMIENTO (shift registers) es un circuito secuencial formadopor un conjunto de n biestables conectados en cascada que es capaz de almacenar nbits que puede desplazar la información de un biestable al siguiente. Para ello, el registro dispone de una entrada de reloj en cada uno de los biestablesque sirve para sincronizar la carga de los biestables y el desplazamiento de lainformaciónCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC SERIE PARALELO
    • 14Registros de desplazamiento (II) Registro de desplazamiento de 4 bits al introducir el dato 0110CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 15Registros de desplazamiento (III) Halla el cronogramade un registro dedesplazamiento seriede 5 bits cuando seintroduce el dato01011CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC___EJERCICIO___
    • 16Contadores CONTADOR es un circuito secuencial formado por un conjuntode n biestables que es capaz de contar un número de impulsospresentes en su entrada (2n impulsos) y generar elcorrespondiente código binario. Los contadores pueden ser síncronos o asínconosCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 17Contadores asíncronos o derizos Cada pulso de reloj actualiza unbiestable Al tener las entradas J y K a 1, cadaimpulso de reloj provocará uncambio en de estado en Q1. Cadados cambios de estado en Cprovocará un cambio en Q1 , y asísucesivamente. Son más lentosCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 18Contadores síncronos oparalelos (I) Cada pulso de reloj actualizatodos los biestables alunísono Son más rápidos A continuación se presentaun contador síncronoCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 19Contadores síncronos oparalelos (II) A continuación se presenta un contador síncrono bidireccional(ascendente/descendente)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 20Contadores síncronos oparalelos (II)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 21Contadores: visualización (I) Esta aplicación es un contador que permite visualizar la cuentamediante led’sCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 22Contadores: visualización (II) Esta aplicación es un contador con un decodificadorBCD/7segmentos que permite visualizar la cuenta en decimal.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 23Contadores con final de cuenta Esta aplicación es un contador con final de cuenta.Contador decimal.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 24Memorias Una memoria es cualquier dispositivo capaz de almacenarinformación de forma permanente. Según el medio físico que se use como soporte y la tecnologiacon la que se implemente, los principales parámetros de unamemoria son: Capacidad de almacenamiento (medido en bytes) Volatilidad: capacidad de mantener la información ante unfallo de alimentación Sistema de direccionamiento: manera de acceder a lainformación Tiempos de lectura, escritura y acceso (media de losanteriores) Velocidad de transferencia de datos (medida en bits/s) Consumo Tamaño , coste, …CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 25Memorias: clasificaciónMemoriasSegún su localizaciónmemoria central RAMmemoria periférica o demasaHDD, CD, DVD,periféricos dealmacenamientoSegún su modo deaccesoaleatorio RAM, EPROM,…secuencial DAT,…Según la tecnologíausadaMagnéticasHDD, DAT, discosflexiblesSemiconductorasRAM, ROM, EPROM, pendriveÓpticas DVD, CD-ROM,…Según su volatilidadVolátiles RAMNo volátiles EPROM, flashSegún su versatilidadDe lectura y escritura RAMSolo lectura ROM, EPROM,…CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 26Memorias semiconductoras (I) La memoria RAM (Random Access Memory) es una memoriavolátil, de lectura y escritura y de gran capacidad. Pueden serestáticas (SRAM) o dinámicas (DRAM) si la información sealmacena en biestables o en capacidades parásitas. En unordenador, se utilizan para almacenar datos e instrucciones delos programas a ejecutar.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 27Memorias semiconductoras (II) La memoria ROM (Read Only Memory) es una memoria no volátil,solo de lectura y de baja capacidad. En un ordenador, se utilizanpara almacenar los parámetros y el programa de arranque. Suelenestar programadas por el fabricante. Existen varios tipos: ROM (Read Only memory) PROM (Programmable ROM) RPROM (Reprogrammable ROM): se pueden borrar pormedios eléctricos EEPROM o mediante luz ultravioleta(EPROM)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 28Memorias semiconductoras (III) La memoria FLASH es una memoria EEPROM cuyas velocidadesde grabado y borrado son mayores. Tambien es mayor sucapacidad de miniaturización. Se utilizan en pendrives, tarjetas de memoria y dispositivosportátilesCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 29Memorias periféricas (I) El disco duro es una superficie magnéticadonde se graba información mediante uncabezal de lectura/escritura queinteracciona con ella. Para ello se imantanlas partículas que forman la superficie. El disco duro es el lugar de almacenamientopermanente de programas y datos en unordenador. El hecho de disponer de partesmóviles hace que las velocidades de accesono sean tan elevadas como en las memoriassemiconductorasFUNCIONAMIENTOCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 30Memorias periféricas (II) Cálculo de la capacidad de un disco durosectorox tamañsectoresnºxpistasnºxcarasnºxplatosnº=CapacidadCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 31Memorias periféricas (III) ¿Qué capacidad de almacenamiento tendrá un disquetecon 80 pistas por cara y 9 sectores de 512 Bytes por pista?tes737.280 Bys x 512 =x 9sectore80pistas= 2caras xCapacidadCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC___EJERCICIO___dad)baja densi(disco de720 Kb80/1.024 =an 737.2En Kb serí
    • 32Memorias periféricas (IV) Cálculo de la capacidad de un disco duro ¿Cuántas pistas tiene un disco duro en cada cara si tienetres platos, 40 sectores de 1.024 Bytes por pista y puedealmacenar 240 Mb?40 Bytes251.658.224 x 1.024240 x 1.0240 MbCapacidadpistas = 1.024CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC___EJERCICIO___1024Bytes40sectores3platos2caras0Bytes251.658.24pistas
    • 33Memorias periféricas (III) Los discos ópticos son dispositivos dealmacenamiento de información medianteun haz láser de lectura/escritura que incidesobre su superficie generando surcosmicroscópicos. Almacenan mayores cantidades deinformación y son más fiables al no verseafectados por campos magnéticos que lospuedan borrar. Además son portables. Los discos ópticos son el lugar dealmacenamiento permanente de programasy datos.TIPOS Y TECNOLOGÍASCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • 34Memorias periféricas (IV)FUNCIONAMIENTOCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Digitalización de la información (I)La información analógica se puede transformar en digital?35CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Digitalización de la información (II)DIGITALITZACIÓ36CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Digitalización de la información (III) Las señales analógicas se pueden transformar endigitales siguiendo el siguiente proceso dedigitalización:1.- Muestreo o sampling: tomar muestras de laamplitud de la onda cada cierto tiempo (frecuenciade muestreo)2.-Cuantificación: dar valor entero a los datos delmuestreo (niveles de cuantificación)3.-Codificación: traducir los resultados a códigobinario (n bits para 2n niveles)37CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Digitalización de la información (IV)Ejemplo38CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Arquitecturas de ordenadores (I)39CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC ORDENADOR es un aparato electrónico que realiza operacionesmatemáticas y lógicas con gran rapidez. Definición: Mecanismo automático que realiza un númeroreducido de operaciones aritméticas y lógicas sin intervenciónhumana y a gran velocidad según unas instrucciones deoperación que recibe de un programa cargado en él previamente.
    • Arquitecturas de ordenadores (II)40 ARQUITECTURA DE UN ORDENADOR es la organización lógicade todos los componentes hardware. Es decir, como se ordenan yconectan todos los elementos físicos del ordenador. En funciónde cuál sea la arquitectura, el funcionamiento del ordenador serádiferente y, por tanto, serán diferentes sus prestaciones.. . .bus direcciónbus controlbus datosCPU(microprocesador)MEMORIAUNIDADES DE E / SP1 P2 P3 PnCIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Arquitecturas de ordenadores (III)41 La CPU (Unidad Central de Proceso) es el lugar en que se hacenlos cálculos y se controla todo el funcionamiento del ordenador. La memoria es el lugar de almacenamiento temporal de datos ydel programa. Las unidades de entrada/salida conectan el ordenador con losperiféricos para entrar y sacar datos. La existencia de periféricosde tanta variedad hace que las unidades de E/S tengan que sercasi únicas para cada periférico. Con el fin de que sean lo másuniversales posible se introducen los interfaces, que sonadaptadores (parte hardware -conectores, tarjetas- y partesoftware –drivers-)CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PCAlgunas mejoras que han ido apareciendo con los años son, porejemplo, el acceso directo de disco a memoria (DMA) o una memoriaintermedia (caché).
    • Arquitecturas de ordenadores: la CPU (I)42 Físicamente es un chip llamado microprocesador. Es el cerebrodel ordenador, y según sea su potencia, así será la del ordenadoren su conjunto. Su función es la de realizar cálculos aritméticos ylógicos y la de ir ejecutando secuencialmente las instruccionesdel programa almacenado en la memoria. Consta de dos partes: La Unidad de Proceso: Consta de la unidad aritmético-lógica(ALU), encargada de los cálculos, y de una serie de registrosde almacenamiento de datos. La Unidad de Control: Consta de un secuenciador que indicala instrucción a realizar en cada momento, un contador que esel reloj que va marcando el ritmo de trabajo del micro, unregistro de instrucción (IP) que almacena la instrucción quese está realizando, y un decodificador que interpreta lainstrucción que hay en el registro anterior para ejecutarla.CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC
    • Arquitecturas de ordenadores: la CPU (II)43CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PCREGISTRO1REGISTRO2REGISTRO4REGISTRO5REGISTRO3 REGISTRO6ALUSECUENCIADORCONTADORDECODIFICADORR. ISTRUCCIÓNMICROPROCESADOR
    • Arquitecturas de ordenadores: la CPU (III)44CIRCUITOS SECUENCIALESCONTENIDO MEMORIAS ARQUITECTURA PC