Organização e Arquitetura de Computadores

Prof.: Hugo Barros email@hugobarros.com.br

A Arquitetura no nível da lógica digital

Portas Lógicas e Álgebra de Boole

• Circuitos digitaiso Construídos a partir de um pequeno número de

elementos primitivos - as portas lógicas.o As portas lógicas são usadas para implementar

fisicamente álgebra de boole.o Forma a base da construção do hardware a partir do qual

todos os circuitos são contruídos.

Portas lógicas

Portas Lógicas

• 2 Principais tipos de tecnologias utilzadas na construção de portas lógicaso a bipolar, que pode ser do tipo TTL (Transistor-

Transistor Logic) ou ECL (Emitted-Coupled Logic)o a MOS (Metal Oxide Semiconcuctor) com seus derivados

PMOS, NMOS e CMOS• As portas TTL são mais rápidas que as ECL que, por sua

vez, são mais rápidas que as MOS• As portas MOS são mais lentas mas tem menor consumo

(muito usadas em memórias)

Álgebra Booleana

Álgebra Booleana

• Usada para desenvolver operações com números digitais.

• Funções Booleanas:– Uma relação que mapeia um conjunto de entradas

digitais. Ex.: A,B,C..., em uma saída M.• M = f(A, B, C, ....)

• Onde M pode ser definida por uma equação booleana ou uma tabela verdade.

• Qualquer função booleana pode ser implementada como circuito digital.

Álgebra Booleana

Implementação de Funções Booleanas

• Na implementação de função booleanas usam-se portas lógicas básicas do tipo AND, OR, NOT, NAND, NOR.

Implementação de Funções Booleanas

Equivalência de Circuitos

• Duas funções booleanas são equivalentes se geraram saídas iguais

para todas as entradas possíveis. • Por questões de custos, consumo de energia, confiabilidade, etc...,

projetistas de circuitos digitais procuram implementar os circuitos mais simples possíveis.

Equivalência de Circuitos

Circuitos Lógicos Digitais Básicos

• Circuitos Integrados– Chip – pedaço quadrado de silício. Composto por um

conjunto de portas lógicas.

Circuitos Lógicos Digitais Básicos

• Classificação:– Circuito SSI (Small Integration Scale): de 1 a 10 portas lógicas

– Circuito MSI (Medium Integration Scale): de 10 a 100 portas lógicas

– Circuito LSI (Large Integration Scale): de 100 a 100000 portas lógicas

– Circuito VLSI (Very Large Integration Scale): > 100000 portas lógicas

Ciruitos Combinacionais

• As as saídas são determinadas exclusivamente pelos valores de suas entradas.

• Circuitos combinacionais mais usados em projeto de processadores são:– Multiplexadores

– Decodificadores– Comparadores– Matrizes lógicas programáveis

O circuito multiplexador

O Mux contém 2n entradas de dados, n entradas de controle e1 saída.

Aplicações típicas do MUX

• Implementação de qualquer função booleana• Conversão paralelo-série: Modificando

sequencialmente as linhas de controle, os dados de entrada são colocados, em série, na linha de saída.

DEMUX

Decodificador

Recebe um número n de bits. E faz a seleção de de uma das suas 2ⁿ saídas.

Uma de suas aplicações é o endereçamento de memória.

O Dual decodificador é o Codificador.

Circuito Comparador

Compara duas palavras colocadas nas suas entradas.• Quando as palavras são iguais sua saída é igual a 1• Quando as palavras são diferentes sua saída é igual a

0

Os circuitos comparadores são usados principalmente para execução de instruções condicionais, do tipo if, e instruções de loop, do tipo while e for

Matrizes Lógicas Programáveis

Serve para a programação de circuitos genéricos; Ultiliza fuzíveis queimados à alta tensão pra determinar a função

a ser calculada.

Circuitos Aritméticos

Circuitos que realizam operações lógicas e aritméticas no processador.

Deslocadores

Um circuito deslocador tem um conjunto de n linhas de entradas e n linhas de saída e 1 linha de controle.

Os valores colocados nas linhas de entrada são enviados para as linhas de saída deslocados de 1 bit, para a direita ou para a esquerda, dependendo do valor da linha de contrôle estar em 1 ou 0 respectivamente.

Somadores

Meio-Somador• Um circuito meio somador de 2 entradas com sua tabela verdade é

mostrado na figura abaixo. Esse circuito realiza a soma de suas duas entradas A e B gerando, como saída, o valor da soma e de um bit de transporte (o "vai 1" da soma).

Somador Completo

Esse circuito realiza a soma de suas duas entradas A e B com um bit de transporte de entrada, o "vem 1" da soma. Ele gera, como saída, o valor da soma e de um bit de transporte (o "vai 1" da soma).

Unidade Lógica Aritmética

Unidade Lógica e Aritmética

É capaz de realizar as operações lógicas NOT, AND, OR e a soma aritmética

CLOCK

Um clock é um circuito que emite uma série de pulsos do mesmo tamanho, a intervalos precisos entre pulsos consecutivos.

CLOCK

A frequência do clock, 1/T , é medida em unidades de Hz (MHZ, GHZ, etc..,) e é controlada por um oscilador a cristal para se obter uma precisão razoável.

CLOCK

Simétricos/Assimétricos

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Memória