Memórias -Nível lógico

1. ARQUITETURA DE
COMPUTADORES
MEMÓRIAS: NÍVEL LÓGICO

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. 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. 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. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
Um transistor bipolar implementado. Você pode comprá-lo em lojas de eletrônica.
Esquema Digital

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. O NÍVEL MAIS BAIXO: TRANSISTORES
PORTA NAND

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. CIRCUITOS INTEGRADOS

23. CIRCUITOS INTEGRADOS

24. CIRCUITOS INTEGRADOS

25. CIRCUITOS INTEGRADOS
ULA de
1 bit

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. LATCH SR

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. LATCH D

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. FLIP FLOP

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)