Arquitetura de Computadores

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Resumo sobre relógios, componentes de memória, latches, flip flops e registradores pelo professor Adriano Zanuz

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Arquitetura de Computadores

  1. 1. Arquitetura e Organização de Computadores I Aula 06 Relógios, Componentes de Memória, Latches, Flip-Flops, Registradores Prof. Adriano Zanuz
  2. 2. 2 Relógios • Em muitos circuitos digitais é importante a ordem em que os eventos ocorrem • Para sincronizar eventos existem os relógios (clocks) • O relógio é um circuito que gera uam série de pulsos de largura precisa em intervalos também precisos • O intervalo em segundos entre dois ciclos consecutivos é denominado período do relógio • O inverso do período nos dá a frequência em hertz do relógio
  3. 3. 3 Relógios • Exemplo T = 1 ns f = 1/T f = 1/(1n) f = 1/(1.10-9 ) f = 1.109 Hz f = 1 GHz relógio diagrama de tempo do relógio período frequência
  4. 4. 4 Componentes de Memória • A memória é um componente essencial de todos os computadores • É utilizada para armazenar tanto programas quanto dados • Os componentes básicos de memória são os latches e os flip-flops
  5. 5. 5 Latches • Um latch é um elemento de memória capaz de armazenar uma informação de 1 bit Estados possíveis: SET: 0Q1;Q == RESET: 1Q0;Q ==
  6. 6. 6 Latch SR • No latch SR (set – reset), quando: – S=1 e R =0 Q ← 1 (SET) – S=0 e R =1 Q ← 0 (RESET) – S=0 e R =0 Q ← Qanterior (mantém o que havia) – S=1 e R =1 Estado não usado S R Q /Q S R Q 0 0 Qa 0 1 0 1 0 1 1 1 *
  7. 7. 7 Latch SR • Variação de sinais em um latch SR (exemplo). S R Q /Q t t t t t S R Q /Q 1 0 0 X X 2 1 0 1 0 3 0 0 1 0 4 0 1 0 1 5 0 0 0 1 6 0 1 0 1 7 0 0 0 1 8 1 0 1 0 9 0 0 1 0
  8. 8. 8 Latch SR com Clock • Para controlar o instante da troca de estado do latch se adiciona o sinal de clock (funciona como um sinal de carga) S R Q /Q CLK CLK S R Q 0 0 0 Qa 0 0 1 Qa 0 1 0 Qa 0 1 1 Qa 1 0 0 Qa 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 *
  9. 9. 9 Latch D com Clock • Um circuito com um estado impossível não terá certamente aplicação prática. Para contornar a situação, o tipo D é o circuito anterior com uma porta NOT entre as entradas S e R D Q /Q CLK CLK D Q 0 0 Qa 0 1 Qa 1 0 0 1 1 1
  10. 10. 10 Flip-Flops • Um flip-flop é um circuito derivado do latch com uma diferença fundamental. • O flip-flop é sensível à transição do sinal de clock, enquanto que o latch é sensível ao nível desse mesmo sinal • Uma das formas de se implementar um flip-flop é utilizando-se um gerador de pulsos.
  11. 11. 11 Gerador de Pulsos
  12. 12. 12 Flip-flop D • Graças ao gerador de pulsos o flip-flop irá armazenar o valor que estiver em D no instante em que o sinal de clock fizer uma transição de 0 para 1 (e não durante todo intervalo em que o sinal de clock for 1 como acontece no latch) D Q /Q CLK
  13. 13. 13 Resumo Latches X Flip-flops • Latch: sensível ao nível • Flip-flop: sensível à transição
  14. 14. 14 Resumo Latches X Flip-flops • Existem tanto latches quanto flip-flops dos tipos estudados: RS e D • A diferença está na carga: enquanto nos latches a carga ocorre de acordo com o nível do clock, nos flip-flops ocorre de acordo com a transição do nível do clock • Nos exemplos estudados os latches são carregados enquanto o nível do clock está em um • Os flip-flops estudados são carregados no exato momento da transição de nível do clock, de zero para um
  15. 15. 15 Registradores • Um registrador armazena uma determinada quantidade de bits. Serve, por exemplo, para receber operandos e resultados de cálculos efetuados pela ULA. • Ex. Registrador de 4 bits Clock A entrada de Clock do registrador controla quando ocorre uma gravação dos dados de entrada no Registrador Entradas (dado de 4 bits a ser gravado no Reg.) Saídas (dado de 4 bits a ser lido do Reg.)
  16. 16. 16 Registradores • Ex. Registrador de 8 bits CLEAR, PRESET e CLOCK • Estrutura interna
  17. 17. 17 Organização da Memória • Uma memória pode ser vista como um vetor com várias posições • Onde cada posição funciona como um registrador de n bits • E cada uma destas posições é acessado por um endereço específico • A figura a seguir apresenta a estrutura lógica de uma memória de 4 posições
  18. 18. 18
  19. 19. 19 Exercícios 1. Calcule a frequência em hertz de relógios de computador com períodos iguais a: a) 10 µs b) 200 ns c) 500 ps 2. Construa a tabela-verdade para o latch construído com duas portas nand a seguir. QX Y /Q
  20. 20. 20 Exercícios 3. Complete a tabela coma variação de sinais no latch SR sem relógio e desenhe o diagrama de tempos correspondente. CK S R Q t t t t t CK S R Q 1 0 0 0 2 1 1 0 3 0 0 0 4 1 0 1 5 0 0 0 6 1 1 0 7 0 0 0 8 1 0 1
  21. 21. 21 Exercícios 4. Para o circuito a seguir, complete o diagrama de tempos mostrado, com os sinais de saída do latch D (QL) e do flip-flop D (QFF). CLK DATA QL QFF t t t t
  22. 22. 22 Exercícios 5. Qual o tamanho em bytes da memória RAM mostrada a seguir? endereços dados

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