Td aula1
•
0 gostou•147 visualizações
1) O documento apresenta uma aula introdutória sobre sistemas digitais, abordando conceitos como variáveis discretas e contínuas, componentes de sistemas digitais e níveis de abstração. 2) É apresentada a definição de sistema digital como um conjunto de componentes conectados que processam informações de forma digital. 3) São descritos alguns marcos históricos no desenvolvimento de sistemas digitais, desde os primeiros computadores até o desenvolvimento dos primeiros circuitos integrados.
Recomendados
Mais conteúdo relacionado
Semelhante a Td aula1
Semelhante a Td aula1 (20)
Td aula1
- 1. TTéécnicas Digitaiscnicas Digitais Universidade Federal de Pelotas Instituto de Física e Matemática Departamento de Informática Bacharelado em Ciência da Computação Prof. José Luís Güntzel guntzel@ufpel.edu.br www.ufpel.edu.br/~guntzel/TD/TD.html Aula 1 1. Introdução aos Sistemas Digitais: Variáveis Contínuas e Variáveis Discretas, Componentes de um Sistema Digital, Níveis de Abstração e Visões, Hierarquia
- 2. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.2 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Nesta disciplina iremos tratar de circuitos digitais básicos • Tais circuitos são usados na construção de circuitos digitais mais complexos (com mais componentes), os quais recebem o nome de sistemas digitais Introdução
- 3. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.3 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Conceito de Sistema • Sistema, no contexto desta disciplina, pode ser definido como sendo um “conjunto de elementos interligados de alguma maneira para compor um todo e assim, realizar funcionalidades específicas” • Exemplo de sistema: um equipamento de som (hi-fi, 3 em um etc) – Seus componentes são receiver, cassete deck, prato, CD player, amplificador, caixas de som e os cabos que os conectam
- 4. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.4 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Um sistema possui um conjunto de funcionalidades bem definido, o qual pode ser identificado a partir das funcionalidades de seus componentes • Por exemplo, a funcionalidade do equipamento de som é transformar a informação armazenada em discos ou fitas, ou proveniente de ondas eletromagnéticas (rádio) em som audível – Nenhum dos componentes pode realizar sozinho esta funcionalidade Características de um Sistema
- 5. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.5 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Características de um Sistema • Assim, pode-se identificar duas “visões” (ou maneiras de encarar) de um sistema: a estrutura e o comportamento • A estrutura diz respeito a quais são os componentes e como eles se interconectam • O comportamento diz respeito à funcionalidade do sistema (e de seus componentes, individualmente)
- 6. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.6 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Uma variável analógica serve para representar uma grandeza física que é contínua no tempo • Portanto, variáveis analógicas são representadas por funções reais contínuas • Não é possível representar todos os valores que uma variável analógica assume, ainda que se considere um intervalo reduzido de tempo • A maioria das grandezas da natureza são contínuas no tempo (Aquelas que não são contínuas são denominadas de “eventos”) Variáveis Analógicas e Variáveis Discretas
- 7. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.7 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais t Variáveis Analógicas e Variáveis Discretas
- 8. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.8 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Uma variável discreta pode assumir um número finito (e geralmente pequeno) de valores • Uma variável discreta pode ser usada para realizar uma representação simplificada de uma grandeza física que é contínua no tempo • Variáveis discretas são representadas por funções não-contínuas • É possível representar todos os valores que uma variável discreta assume (por exemplo, mediante uma tabela) Variáveis Analógicas e Variáveis Discretas
- 9. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.9 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais t t Discretizando uma variável, no tempo com 3 valores variável discretizada ternária Variáveis Analógicas e Variáveis Discretas
- 10. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.10 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Variáveis Analógicas e Variáveis Discretas t t Discretizando uma variável, no tempo com 2 valores variável discretizada binária
- 11. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.11 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Um sistema digital é um conjunto de componentes conectados que processam informações de forma digital • A funcionalidade de um sistema digital advém da quantidade de componentes e da maneira como estes estão associados Sistemas Digitais
- 12. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.12 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Os sistemas digitais eletrônicos podem ter como componente básico: – Relés eletromecânicos – Válvulas ou – Transistores e/ou – Transistores integrados (CIs ou chips) Sistemas Digitais
- 13. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.13 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais O ENIAC • Primeiro computador eletrônico • Usava 18.000 válvulas • Formato em U ocupando uma grande sala inteira • Peso: 30 toneladas (!!) • 20 registradores de 10 dígitos cada • Capaz de realizar 1.900 adições por segundo (!!) • Pouca quantidade de memória • Dificuldade para programá-lo J. Rabaey - Digital Integrated Circuits, 2nd Edition - Prentice-Hall, 2003. Sistemas Digitais
- 14. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.14 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais O UNIVAC I • Primeiro computador a ser comercializado (1951) • Preço: U$ 1 milhão por unidade • Foram vendidas 48 unidades • Previu corretamente o resultado da eleição presidencial de 1952 nos EUA Patteson & Hennessy - Organização e Projeto de Computadores: a interface hardware/software. 3a Edição - Editora Elsevier, 2005. Sistemas Digitais
- 15. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.15 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Microeletrônica, o combustível para a evolução da computação Primeiro Transistor • Bell Labs, 1948 J. Rabaey - Digital Integrated Circuits, 2nd Edition - Prentice-Hall, 2003. Sistemas Digitais
- 16. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.16 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Primeira Porta Lógica Integrada • Motorola, 1966 • Porta lógica com três entradas • Tecnologia Bipolar (ECL) Microeletrônica, o combustível para a evolução da computação J. Rabaey - Digital Integrated Circuits, 2nd Edition - Prentice-Hall, 2003. Sistemas Digitais
- 17. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.17 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Primeiro Processador Integrado (Microprocessador) • Intel 4004 • Objetivo: servir de controlador • Aprox. 1000 transistores • 1 MHz de freqüência de operação Microeletrônica, o combustível para a evolução da computação J. Rabaey - Digital Integrated Circuits, 2nd Edition - Prentice-Hall, 2003. Sistemas Digitais
- 18. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.18 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Em um sistema digital, o funcionamento de cada componente apresenta dois estados bem definidos (ligado/desligado, on/off, aberto/fechado etc) • Ao completar uma operação, cada fio dentro do sistema digital possui um valor de tensão • Há somente dois valores válidos, os quais representam: V/F (também referenciados por 0/1ou low/high) 1.5 V3.3 V5 V1V 0 V0 V0 V0F Nível de tensão (tec. 0.13 µm) Nível de tensão (tec. 0.5 µm) Nível de tensão (tec. 2.0 µm) Nível lógico Valor lógico Sistemas Digitais
- 19. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.19 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais NNNN PP “Difusão N” FonteFonte DrenoGrade= 0 V canal “aberto” NNNN PP FonteFonte Dreno Grade = VCC canal “fechado” G D S ©Reis99
- 20. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.20 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Funcionamento Simplificado: “uma chave eletrônica” O Transistor NMOS G = 0 D S G = 1 D S S D chave aberta (sem corrente elétrica) D≠≠≠≠S S D chave fechada com corrente elétrica até que D=S
- 21. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.21 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Funcionamento Simplificado: “uma chave eletrônica” O Transistor PMOS G = 0 D S G = 1 D S S D chave fechada com corrente elétrica até que D=S S D chave aberta (sem corrente elétrica) D≠≠≠≠S
- 22. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.22 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais • Em função da dificuldade em projetar/analisar/ implementar sistemas digitais complexos, utiliza-se uma representação hierárquica. • A hierarquia diz respeito aos níveis de abstração em que o sistema é descrito • Além disso, existem três visões possíveis: – Comportamental – Estrutural – Física Sistemas Digitais
- 23. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.23 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais N’vel Comportamental Estrutural F’sica Transistor Equa¨ ›e s diferenciais, diagramas corrente- voltagem Transistores, resistores, capacitores Cˇ lulas anal—gicas e digitais Portas Equa¨ ›e s Booleanas, m‡quinas de estado finitas (FSM) Portas l—gicas, Flip-flops M—dulos, unidades RT Algoritmos, flowcharts, conjunto de instru¨ ›e s, generaliza¨ › es de FSMs Somadores, comparadores, contadores, registradores Microcircuitos Processador Especifica¨ ‹o execut‡vel, programas Processadores, controladores, ASICs Placas de circuito impresso, m—dulos multicircuitos Sistemas Digitais
- 24. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.24 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Estrutura de uma ULA e seus registradores, no Nível RT ULA R2R1 4 R3 4 4 controleCout 1 1 Exemplo de Hierarquia em SDs
- 25. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.25 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Comportamento de uma ULA e seus registradores, no Nível RT se (controle=0) R3←R1+R2; senão R3←R1-R2; Exemplo de Hierarquia em SDs
- 26. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.26 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Estrutura dos blocos componentes de um somador/subtrator, no Nível RT SC R30 c1 R20 R10 SC R31 c2 SC R32 c3 SC R33 cout R11R12R13 c0 R21R22R23 controle Exemplo de Hierarquia em SDs
- 27. ComputaçãoUFPel Técnicas Digitais - semestre 2006/2 slide 1.27 Prof. José Luís Güntzel 1. Introdução aos Sistemas Digitais Estrutura de uma somador completo (full-adder), no Nível Lógico R3i R1iR2i ci+1 ci si ai bi ci+1 ci correspondência de pinos Exemplo de Hierarquia em SDs