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Sistemas_Digitais_2017.pdf
- 1. 22/05/2017 Evandro -SEL300
- 2. Um Resumo Históricoe Tecnológico
- 3. Professores que tratamde assuntos sobre Sistemas Digitais • Adilson Gonzaga • Evandro Luis Linhari Rodrigues • Homero Schiabel • João Paulo Pereira de Carmo • João Navarro • Liliane Ventura • Luiza Maria Romeiro Codá • Marcelo Andrade da Costa Vieira • Maximiliam Luppe
- 4. • Sistemas Digitais. –Álgebra de Boole, Portas e Circuitos Lógicos – Microprocessadores, Microcontroladores, DSPs – História do PC – Lógica Programável – Interface com o mundo analógico – A Evolução da Computação Introdução S Q Q R SET CLR 33 MHz
- 5. •O que éDigital? –Representação Binária de dois estados ou duas situações possíveis. Verdadeiro ou Falso Fechado ou Aberto Presente ou Ausente Ligado ou Desligado Tensão Alta ou Baixa 1 ou 0 Estados/Situações Representação Binária Sistemas Digitais
- 6. •Álgebra Binária. 1854 -Apresenta a Álgebra de Boole para um sistema binário (0 ou 1) 1938 - Aplicou a Álgebra de Boole em Telefonia 0+1=1 1+1=1 0.1=0 1.1=1 George Boole Claude E. Shannon Sistemas Digitais
- 7. •Álgebra Binária. George Boole Algebrade Boole Operação OR (OU) Operação AND (E) Complemento 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 , 0 0 0 A A A A 1 1 . 1 0 0 . 1 0 1 . 0 0 0 . 0 1 , 0 . 1 1 . 0 . 0 0 . A A A A A A A ra Nomenclatu o Complement A o Complement A 0 1 1 0 Sistemas Digitais
- 8. A B S VB =VA VA VS DA DB Led SA SB •Portas Lógicas –Circuitoseletrônicos que efetuam a Álgebra de Boole. S = 0 = Aberta S = 0 = Aberta A B V = 0 Apagado S Sistemas Digitais
- 9. A B S VB =VA VA VS DA DB Led SA SB •Portas Lógicas –Circuitoseletrônicos que efetuam a Álgebra de Boole. S = 1 = Fechada S = 0 = Aberta V = 1 Aceso A B S Sistemas Digitais
- 10. A B S VB =VA VA VS DA DB Led SA SB •Portas Lógicas –Circuitoseletrônicos que efetuam a Álgebra de Boole. S = 0 = Aberta S = 1 = Fechada V = 1 Aceso A B S Sistemas Digitais
- 11. A B S VB =VA VA VS DA DB Led SA SB •Portas Lógicas –Circuitoseletrônicos que efetuam a Álgebra de Boole. S = 1 = Fechada S = 1 = Fechada V = 1 Aceso A B S Porta Lógica OR (OU) A B S Símbolo B A S S B A 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 Tabela Verdade Sistemas Digitais
- 12. B A S S B A . 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 •Portas Lógicas –Circuitos eletrônicosque efetuam a Álgebra de Boole. S B A V Porta Lógica AND (E) Tabela Verdade A B S Símbolo Sistemas Digitais
- 13. •Portas Lógicas. A B S A B S A B S A B S A B S A S NOT(NÃO=COMPLEMENTO) OR (OU) NOR (NÃO OU) AND (E) NAND (NÃO E) XOR (OU EXCLUSIVO) A S B A S B A S B A S . B A S . B A B A S . . B A S Sistemas Digitais
- 14. •Circuito Lógicos –Circuitos eletrônicosformados pela associação de Portas Lógicas. S Q Q R SET CLR 33 MHz Sistemas Digitais
- 15. V Vm ABAB V Vm AB AB 1 2 2 1 •Circuito Lógicos Combinacionais. –Arranjos de Portas Lógicas - Controle Semáforo Simples •Circuito Lógicos Sequenciais. –FLIP-FLOP (Célula de Memória) Sistemas Digitais
- 16. •Circuitos Lógicos MaisComplexos. –Circuitos Aritméticos. S Q Q R SET CLR 33 MHz –Componentes especializados. ULA, MUX, DEMUX, Codificadores, etc... Sistemas Digitais
- 17. Novas Técnicas deProjeto O Digital substitui o Analógico (Comunicação, Controle de Processos, Voz, Imagem, etc) •Circuitos Integrados. – Os grandes avanços da Eletrônica. Integração do CI’s Transistores Válvulas Microprocessadores Microcontroladores Sistemas Digitais
- 18. •Circuitos Integrados. SSI N< 10 MSI 10 < N < 100 LSI 100 < N < 1000 VLSI 1000 < N < 100.000 (anos 90) •Circuitos Integrados. – Classificação quanto ao Número N de Portas Lógicas. ULSI N > 100.000 (a partir de 2000) Sistemas Digitais
- 19. •Os Microprocessadores. –Sistemas digitaisconstituídos de blocos lógicos funcionais. Sistemas Digitais
- 20. •Os Microcontroladores. –Sistemas constituídosde um processador central e hardware dedicado integrado. Sistemas Digitais
- 21. •Microcontroladores e Microprocessadores. •Microcontroladorese Microprocessadores. –Mas como funcionam? Níveis de tensão diferentes Somente “entendem” 0 e 1 Bits: 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 ... Bytes: 01101011 10010111 10100100 ... Words: Byte Byte Byte Byte Byte Byte Byte ... Programas: Words Words Words Words Words... Sistemas Digitais
- 22. 0 1 10 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 •Programas. –O que são? Sequência de Bits, Bytes ou Words (Instruções) que determinam uma certa tarefa Difícil compreensão para humanos Representar de outra maneira! Sistemas Digitais
- 23. Endereços Dados 0000 4EFE 00045AF4 0008 EEEE 000C ... •Programas. •Programas. –Representados de outra maneira (Tabela). Utilizar símbolos em forma de texto! Surge a linguagem ASSEMBLY C = A + B 1100011001010000 ADD A,B,C ASSEMBLY ADD A,B,C Código de Máquina 1100011001010000 Compilador ASSEMBLER Sistemas Digitais
- 24. •Linguagem Assembly. –Características. Uma linhade texto por instrução de máquina Máquina dependente Programador deve conhecer todas as instruções da máquina Programador deve “pensar como uma máquina” Uma notação em “alto nível” foi necessária Compiladores e linguagens de alto nível foram inventadas Sistemas Digitais
- 25. •Linguagens de “AltoNível”. –Características. Linguagens mais concisas “Mais próximas” do problema Menos linhas de código Menos linhas significam menos “bugs” Independentes de máquina Programas recompiláveis em outras máquinas C, C++, Java, Pascal, Fortran, LISP, etc Sistemas Digitais
- 26. •Microcontroladores e Microprocessadores. •Microcontroladorese Microprocessadores. –Aplicações. Comunicação e Controle Medicina Informatização de Serviços Tecnologia aviônica ou espacial Entretenimento, Utilidades domésticas CLP’s (Controladores Lógicos Programáveis) Smartphones Impressoras, Fax e outros Periféricos Sistemas Digitais
- 27. •Microcontroladores e Microprocessadores. •Microcontroladorese Microprocessadores. –Alguns Fabricantes. Intel 8080, 8085, 80286, 386, 486, Pentium, ... 80C31, 80C51, 80C251, ... Freescale 68HC11, 68HC16, ... ColdFire, DragonBall, ... Microchip PIC: 16C54, 16C57, 16C84, ... Atmel 89C51, 89C52, 89C2051, ... National, Digital, SUN, etc. Sistemas Digitais
- 28. SEL-300 28 •Microcontroladores eMicroprocessadores. •Microcontroladores e Microprocessadores. –Alguns Fabricantes. Sistemas Digitais
- 29. •DSP’s (Digital SignalProcessors) –Processadores de alto desempenho. –Arquitetura dedicada às aplicações que necessitam de velocidade. Sistemas Digitais
- 30. •DSP’s (Digital SignalProcessors) Reconhecimento de Padrões Processamento de sinal em tempo real Visão de Máquina Inspeção em tempo real Processamento de voz, áudio digital Processamento de documentos Análise Espectral Imagens Médicas Filtros Digitais OCR Telefonia,etc •DSP’s (Digital Signal Processors) –Aplicações. Sistemas Digitais
- 31. •As incríveis máquinascriadas pelo Homem. Abacus 5000AC/1599DC Máq. Diferencial 1600/1899 An. Diferencial 1900/1937 ENIAC 1938/1952 PDP1 1953/1962 CI’s 1963/1971 Notebook 1972/Atualidade Sistemas Digitais
- 32. História: Evolução dosmicros Anos 70: •primeiro microprocessador •2.250 componentes •soma 2 números de 4 bits em 11 milionésimos de segundo Intel 4004 - 1971 •tornou-se padrão para a indústria dos microcomputadores •4.500 componentes •soma 2 números de 8 bits em 2,5 milionésimos de segundo Intel 8080 1974 •bastante usado em computadores domésticos •4.300 componentes •soma 2 números de 8 bits em 1 milionésimos de segundo MOS Technology 6502 - 1975 Computadores baseados em CIs
- 33. História: Anos 80 Usode circuitos LSI e VLSI . •um dos chips de 16 bits mais poderosos e versáteis •executa multiplicação com uma única operação em vez de realizá-la pela repetição de adições • 70.000 componentes •multiplica 2 números de 16 bits em 3,3 milionésimos de seg. Motorola 6800
- 34. História: século 21 Anode 2005 Intel Core 2 Quad processor Q6600 •Processador Intel Core 2 Duo de 2,8 Ghz dois núcleos ativos de processamento. Fabricados com a tecnologia de 65 nanômetros, uma das razões pelas quais consome 40% menos energia e tem um ganho de 40% em performance. •Processador Pentium D: 3,6GHz Ano de 2006 Intel Pentium D
- 35. História: sec. 21Ano de 2007 •Intel lança os primeiros processadores de quatro núcleos em um único processador, baseados na micro-arquitetura Intel® Core™ de 45nm: possibilita acesso a um número cada vez maior de programas altamente segmentados. • mais instruções por ciclo do clock, para reduzir o tempo de execução e o consumo de energia • propicia mais desempenho com redução no consumo de energia • aumento do desempenho do sistema através da otimização do uso da largura de banda de dados disponível
- 36. História: sec. 21Ano de 2007 Intel® Core™2 Extreme processor QX9775 •Os quatro núcleos de processamento do processador Intel® Core™2 Extreme permitem um desempenho incomparável para games e aplicativos de multimídia da geração mais recente e melhor Cache L2 total de 12 MB Barramento de 1600 MHz Intel Core 2 Quad processor Q9550 •oferece alta velocidade 2,4GHz e 8Mbytes de memória cache. São excelentes para o entretenimento com vídeo de alta definição e ferramentas multimídia, permitindo que aplicações pesadas rodem simultaneamente.
- 37. Comparação entre osprodutos da Intel
- 38. Intel Core G6950 32nm Xeon, Atom,Celeron, EP80579 (SOC), Pentium, etc... 2014 Intel® Core™ i7-5960X Processor Extreme Edition (20M Cache, up to 3.5 GHz) Manufacturing tecnology: 22 nm Thermal Design Power: 140w T-case: 66.8 C Instruction Set: 64 bits CPU speed: 3 GHz Freq. Turbo max.: 3.5 GHz Processors core: 8 Simultaneous threads: 16 Encapsulamento: 52.5 x 45 mm Preço recomendado para o cliente BOX : $1059,00 TRAY: $999,00 5th generation Intel® Core™ processor family 6ª Geração (2015) I7, I5, I3,... 14nm
- 39. •A História doPC. ALTAIR 8800 1975: a Revista “Popular Electronics” apresentou o projeto e anunciou a venda do “kit” do primeiro microcomputador, o Altair 8800, baseado no microprocessador 8080 da Intel. O nome Altair é uma homenagem ao planeta onde se passa o filme “O Planeta Proibido” (1956) , onde aparece um robô (“Robbie”) cuja imagem ficaria famosa . Sistemas Digitais
- 40. •Lógica Programável. Uma novatecnologia marcou a década passada e consolidou fortemente: Os circuitos que possuem lógica programável SPLD’s - Simple Programmable Logic Devices CPLD’s - Complex Programmable Logic Devices ASIC’s - Application Specifc Integrated Circuits FPGA’s - Field Programmable Gate Arrays, Sistemas Digitais
- 41. •Devem possuir osseguintes recursos: - Funções lógicas programáveis de várias entradas - Rede de conexão para ligação entre as diferentes portas - Flip-flops ou registradores para o armazenamento de informação - Amplificadores de corrente de saída Permitem a “Prototipação Rápida” de circuitos Produto chega rápido ao mercado Soluções integradas e confiáveis Sistemas Digitais
- 42. •Exemplo de arquiteturade FPGA Sistemas Digitais
- 43. Até 4IBM PowerPC™ 405 (400MHz) Implementações de DSP Até 24 Transceivers (3.125 Gbps), etc... Sistemas Digitais
- 44.
- 45. •Ambiente de desenvolvimentoe Método de Programação simples. Integrated Software Environment Sistemas Digitais
- 46. •Entrada via esquemático IntegratedSoftware Environment Sistemas Digitais
- 47. •Entrada via HDL IntegratedSoftware Environment Sistemas Digitais
- 48. •Entrada via FSM IntegratedSoftware Environment Sistemas Digitais
- 49.
- 50.
- 51. •Interface com oMundo Analógico. Conversão Analógico/Digital Sinal Analógico Tensão Bits > -2,0 000 > -1,5 001 > -1,0 010 > -0,5 011 > 0,0 100 > 0,5 101 > 1,0 110 > 1,5 111 Conversor A/D Bits Tensão 000 =-2,0 001 =-1,5 010 =-1,0 011 =-0,5 100 =0,0 101 =0,5 110 =1,0 111 =1,5 Conversor D/A Conversão Digital/Analógico Sinal Analógico Sistemas Digitais
- 52. •Interface com oMundo Analógico. Sinal Analógico 0100100 00111010 11011101 00110110 Sinal Digital Variável Física Transdutor Conversor A/D Sistema Digital Sinal Analógico Variável Física Transdutor Conversor D/A 0100100 00111010 11011101 00110110 Sinal Digital Sistemas Digitais
- 53. Onde vamos parar? A resposta é: não vamos parar. É claro que a evolução vai continuar, mas a atual arquitetura dos microcomputadores deverá mudar bastante. Ao mesmo tempo que os microprocessadores mais poderosos se baseiam em arquiteturas de 64 bits, surgem outros processadores como os dedicados à Internet, os processadores para os roteadores e chaveadores das redes de alta velocidade e até processadores RISC com arquitetura passível de ser alterada pelo usuário. Evolução da Computação
- 54. Evolução da Computação •Computação Serial • Computação Paralela • Computação Óptica • Computação Quântica • Computação Evolucionária • Computação Ubíqua
- 55. Evolução da Computação •Computação Serial: Os computadores com um só processador, trabalham com processamento serial, isto é, as instruções são processadas uma após a outra, seguindo a ordem do programa. Esse tipo de processamento é lento. • Computação Paralela: Temos vários dados operados por vários processadores simultaneamente. Essa é a arquitetura mais usada pelos modernos supercomputadores. Vários processadores devem ser sincronizados para operar.
- 56. Evolução da Computação •Computação Óptica: A Texas vem desenvolvendo um micro- processador digital de luz, que contém milhares de espelhos microscópicos que mudam de posição quando lhes é aplicada uma corrente elétrica. Uma das dificuldades está nos circuitos Intermediários que limitam a velocidade com que os dados podem entrar nos circuitos dos chips e serem processados. Isto tem mantido a computação e as telecomunicações como se fossem dois mundos tecnológicos separados. Computador óptico
- 57. Evolução da Computação •Computação Quântica: (2000 Isaac Chuang-IBM) O bit “0” ou “1” está relacionado ao estado do Spin( para baixo ou para cima). O núcleo atômico pode estar num estado de superposição, simultaneamente em 0 e 1. Os spins se relacionam entre si e esse “relacionamento” é o que permite a um computador quântico ter um enorme poder de processamento, realizando cálculos de forma paralela e de forma não linear. Micro quântico Grande sonho da ciência
- 58. • Computação Quântica: -Diz-se que o computador quântico começa onde a Lei de Moore termina. - Apesar do potencial dos computadores quânticos ser gigantesco e encorajador, os desafios ainda são enormes. - O mais desenvolvido atualmente,o D-Wave Two, trabalha com 512 qubits de informação - Google e Nasa – testes com o D-Wave 2X -> 100 milhões de vezes mais rápido que um computador comum. Evolução da Computação
- 59. Evolução da Computação •Computação Evolutiva ou Evolucionária São algoritmos probabilísticos, que fornecem um mecanismo de busca paralela e adaptativa baseado no princípio de sobrevivência dos mais aptos e na reprodução.
- 60. • Processamento Paralelo; •Sistemas baseados no cérebro humano: RNAs, Sistemas Fuzzy Algorítmos genéticos; • Usuário configura do seu modo(Tecnologia de PLD. Evolução da Computação Computador do Futuro
- 61. SEL-300 61 Objetivo: Tornar ainteração homem-máquina invisível. •as pessoas não percebem que estão comandando computadores; •Computadores buscam conexão a todo o tempo (onipresentes); •Interfaces naturais - fala, gestos, movimentos faciais, dos olhos, dos braços, dos dedos, da cabeça, presença no ambiente, sensível ao contexto; •Computação móvel e vestível.... Evolução da Computação Computação Ubíqua (pervasiva)
- 62. SEL-300 62 Futuro oupresente????? TEMA importante A Internet das Coisas IOT ou IOE?
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