1) O documento descreve um curso de Arquitetura de Computadores que aborda tópicos como lógica digital, circuitos digitais, portas lógicas e suas implementações. 2) São apresentadas as vantagens e desvantagens de circuitos digitais em comparação aos analógicos, assim como os blocos de construção básicos de circuitos digitais, que são as portas lógicas. 3) São descritas sete portas lógicas básicas e exemplos de como implementá-las utilizando apenas port

1. Arquitetura de Computadores
Cursos: Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas
e Tecnologia em Redes de Computadores
1o
¯ Semestre
2019.1
Prof. Werton Araujo

2. Lógica digital
• Circuitos digitais
• Comparação com circuitos analógicos
• Construção de circuitos digitais
• Portas lógicas
• Famílias lógicas
• Transistores CMOS
• Tipos de portas lógicas
• Exemplos de circuitos digitais

3. Lógica digital (cont.)
• Completude funcional
• Portas lógicas NAND e NOR
• Construindo outras portas com a porta NAND
• Meio somador apenas com portas NAND
• Implementação da porta lógica NAND
• A porta lógica NAND em circuitos integrados
• Construindo outras portas com a porta NOR

4. Circuitos digitais
• Os circuitos digitais (ou circuitos lógicos) são circuitos
eletrônicos que utilizam sinais elétricos em apenas dois ní-
veis de voltagem.
• Seu funcionamento se baseia na lógica binária, onde toda
informação é representada por apenas dois valores.
• Esses dois valores podem significar zero ou um, falso ou
verdadeiro, ligado ou desligado etc.
• Os computadores, os telefones celulares e os leitores de
blu-ray são exemplos de aparelhos cujo funcionamento se
baseia quase totalmente em circuitos digitais.

5. Comparação com circuitos analógicos
• Vantagens dos circuitos digitais:
a) São menos afetados por ruídos;
b) São mais fáceis de projetar e produzir;
c) Armazenam informações de maneira mais eficiente;
d) Podem ser programados.
• Desvantagens dos circuitos digitais:
a) As informações obtidas do mundo físico, que é analógico,
precisam ser convertidas para valores digitais, e vice-versa.
b) Em alguns casos, os circuitos digitais geram mais calor.

6. Construção de circuitos digitais
• Os blocos de construção básicos que constituem os circuitos
digitais são as portas lógicas.
• Através da associação desses blocos é possível construir
um grande número de componentes, como por exemplo:
a) Contadores binários, ou flip-flops;
b) Registradores;
c) Somadores binários;
d) Unidades lógico-aritméticas (ULAs).

7. Portas lógicas
• Uma porta lógica é um dispositivo eletrônico que imple-
menta uma função booleana.
• Uma porta lógica executa uma operação lógica em uma ou
mais entradas binárias e produz uma única saída binária.
• O comportamento de uma porta lógica é dado pela tabela
verdade com os estados lógicos das entradas e das saídas.
• As portas lógicas são normalmente implementadas usando
diodos ou transistores, mas podem também ser construídas
com válvulas, relés eletromagnéticos e até mesmo elemen-
tos mecânicos.

8. Famílias lógicas
• Relés eletromagnéticos
• Válvulas a vácuo
• Lógica resistor–transistor (RTL)
• Lógica diodo-transistor (DTL)
• Lógica transistor-transistor (TTL)
• Emitter-coupled logic (ECL)
• Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS)

9. Transistores CMOS
• Os transistores da família lógica CMOS possuem 3 termi-
nais: dreno (drain), fonte (source) e porta (gate).
• São usados em pares de dois tipos complementares e simé-
tricos: PMOS e NMOS.
• A fonte dos transistores PMOS sempre é ligada à fonte de
voltagem ou ao dreno de outro transistor PMOS.
• A composição de um transistor PMOS cria baixa resistên-
cia entre a fonte e o dreno quando uma voltagem baixa é
aplicada à porta, e alta resistência quando uma voltagem
alta é aplicada.

10. Transistores CMOS (cont.)
• A fonte dos transistores NMOS sempre é ligada à terra ou
ao dreno de outro transistor NMOS.
• A composição de um transistor NMOS cria alta resistência
entre a fonte e o dreno quando uma voltagem baixa é apli-
cada à porta, e baixa resistência para uma voltagem alta.
• Inversor CMOS:

11. Tipos de portas lógicas
• A Norma ANSI define os seguintes tipos de portas lógicas:
1. Porta NOT
2. Porta AND
3. Porta OR
4. Porta NAND
5. Porta NOR
6. Porta XOR
7. Porta XNOR

12. Porta NOT
• A porta lógica NOT, também chamada inversora, implementa
a negação lógica.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A not A
0 1
1 0

13. Porta AND
• A porta lógica AND implementa a conjunção lógica.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A and B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

14. Porta OR
• A porta lógica OR implementa a disjunção lógica.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A or B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

15. Porta NAND
• A porta lógica NAND implementa a negação da conjunção
lógica.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A nand B
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

16. Porta NOR
• A porta lógica NOR implementa a negação da disjunção
lógica.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A nor B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

17. Porta XOR
• A porta lógica XOR implementa a disjunção exclusiva.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A xor B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

18. Porta XNOR
• A porta lógica XNOR implementa a negação da disjunção
exclusiva.
• Símbolo:
• Tabela verdade:
A B A xnor B
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

19. Exemplos de circuitos digitais
• Flip-flop tipo T: é um circuito digital que, quando pulsado
por um sinal de relógio (clock), pode servir como uma me-
mória de um bit.
• Multiplexador de duas entradas: é uma conexão de portas
lógicas cuja saída Z é tanto a entrada A ou a entrada B,
dependendo do valor de uma entrada seletora S.
• Meio somador: é um circuito digital que adiciona duas en-
tradas binárias A e B, tendo como saídas binárias a soma
A+B e o carry (vai-um).

20. Flip-flop tipo T
• Equação booleana: Qpróx = T xor Q
• Tabela verdade:
T Q Qpróx
0 0 0
1 1 0
0 1 1
1 0 1
• Símbolo:

21. Multiplexador de duas entradas
• Equação booleana: Z = (A and not S) or (B and S)
• Tabela verdade:
S A B A and not S B and S Z
0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 1
0 1 0 1 0 1
1 1 0 0 0 0
0 1 1 1 0 1
1 1 1 0 1 1

22. Meio somador
• Equações booleanas: S = A xor B, C = A and B.
• Tabela verdade:
A B S C
0 0 0 0
0 1 1 0
1 0 1 0
1 1 0 1
• Diagrama:

23. Completude funcional
• Em lógica, um grupo de conectivos ou operadores boolea-
nos tem a propriedade da completude funcional se todos
os outros conectivos possíveis podem ser definidos em fun-
ção desse grupo.
• Na eletrônica digital, completude funcional significa que
cada porta lógica possível pode ser tratada como uma rede
de portas formadas a partir de um conjunto funcionalmente
completo.
• Alguns conjuntos de operadores funcionalmente completos:
{¬, ∧, ∨, ⇒, ⇔}, {¬, ∧, ∨}, {¬, ∧}, {¬, ∨}, {¬, ⇒} etc.

24. Portas lógicas NAND e NOR
• Cada uma das portas lógicas NAND e NOR pode ser usada
para construir todas as outras portas lógicas possíveis.
• Exemplos da completude da porta NAND:
a) not A = A nand A
b) A and B = (A nand B) nand (A nand B)
c) A or B = (A nand A) nand (B nand B)
• Exemplos da completude da porta NOR:
a) not A = A nor A
b) A and B = (A nor A) nor (B nor B)
c) A or B = (A nor B) nor (A nor B)

25. Construindo outras portas com a porta NAND
• Porta NOT:
• Porta AND:
• Porta OR:

26. Construindo outras portas com a porta NAND
• Porta NOR:
• Porta XOR:

27. Meio somador apenas com portas NAND

28. Implementação da porta lógica NAND
• À esquerda, o diagrama eletrônico de uma porta NAND com
lógica CMOS. À direita, o layout físico da porta.

29. A porta lógica NAND em circuitos integrados
• À esquerda, a implementação de 4 portas NAND em um cir-
cuito integrado. À direita, o arranjo esquemático das portas
NAND em um circuito integrado 4011 CMOS.

30. Construindo outras portas com a porta NOR
• Porta NOT:
• Porta OR:
• Porta AND:

31. Até a próxima aula!