O documento fornece um resumo histórico e tecnológico sobre sistemas digitais em menos de 3 frases: Apresenta a evolução dos sistemas digitais desde a álgebra de Boole até os circuitos integrados modernos e descreve brevemente os principais conceitos como portas lógicas, microprocessadores e linguagens de programação.

1. 22/05/2017 Evandro - SEL300

2. Um Resumo Histórico e
Tecnológico

3. Professores que tratam de 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 é Digital?
–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
Algebra de 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
–Circuitos eletrônicos 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
–Circuitos eletrônicos 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
–Circuitos eletrônicos 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
–Circuitos eletrônicos 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 eletrônicos que
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 eletrônicos formados pela
associação de Portas Lógicas.
S
Q
Q
R
SET
CLR
33 MHz
Sistemas Digitais

15. V Vm AB AB
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 Mais Complexos.
–Circuitos Aritméticos.
S
Q
Q
R
SET
CLR
33 MHz
–Componentes especializados.
ULA, MUX, DEMUX, Codificadores, etc...
Sistemas Digitais

17. Novas Técnicas de Projeto
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 digitais constituídos de blocos lógicos funcionais.
Sistemas Digitais

20. •Os Microcontroladores.
–Sistemas constituídos de um processador central e
hardware dedicado integrado.
Sistemas Digitais

21. •Microcontroladores e Microprocessadores.
•Microcontroladores e 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 1 0 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
0004 5AF4
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 linha de 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 “Alto Nível”.
–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.
•Microcontroladores e 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.
•Microcontroladores e 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 e Microprocessadores.
•Microcontroladores e Microprocessadores.
–Alguns Fabricantes.
Sistemas Digitais

29. •DSP’s (Digital Signal Processors)
–Processadores de alto desempenho.
–Arquitetura dedicada às aplicações que necessitam de
velocidade.
Sistemas Digitais

30. •DSP’s (Digital Signal Processors)
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 máquinas criadas 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 dos micros
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
Uso de 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
Ano de 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. 21 Ano 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. 21 Ano 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 os produtos 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 do PC.
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 nova tecnologia 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 os seguintes 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 arquitetura de FPGA
Sistemas Digitais

43.  Até 4 IBM PowerPC™ 405 (400MHz)
 Implementações de DSP
 Até 24 Transceivers (3.125 Gbps), etc...
Sistemas Digitais

44. Sistemas Digitais

45. •Ambiente de desenvolvimento e Método de
Programação simples.
Integrated Software
Environment
Sistemas Digitais

46. •Entrada via esquemático
Integrated Software
Environment
Sistemas Digitais

47. •Entrada via HDL
Integrated Software
Environment
Sistemas Digitais

48. •Entrada via FSM
Integrated Software
Environment
Sistemas Digitais

49. •Simulador
Integrated Software
Environment
Sistemas Digitais

50. •Integração Microcontroladores/Lógica Programável
Sistemas Digitais

51. •Interface com o Mundo 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 o Mundo 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 a interação 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 ou presente?????
TEMA importante
A Internet das Coisas
IOT ou IOE?

63. Fim