Sistemas Digitais - Introdução a Dispositivos Lógicos Programáveis PLDs

Aula 13 Sistemas Digitais Prof Bruna Flesch Agenda 2 Introdução aos dispositivos lógicos programáveis Somadores e multiplexadores Dúvidas 1 2 3 Sistemas Digitais Conhecendo o legado de CIs 3 CIs digitais são uma coleção de resistores diodos e transistores fabricados em uma única peça de material semicondutor geralmente silício chamado de substrato que é comumente referido como um chip O chip é envolto em uma embalagem plástica ou cerâmica protetora da qual os pinos se estendem para conectar o IC a outros dispositivos Packages mais comuns Dualinline package DiP 5 Em sistemas digitais a integração de média escala MSi e os dispositivos de integração de grande escala lSi VlSi ulSi gSi podem executar a maioria das funções Chips SSI ainda são usados como interface entre chips mais complexos Os CIs de pequena escala também oferecem uma excelente maneira de aprender os blocos básicos de construção de sistemas digitais Packages mais comuns 6 CIs digitais também podem ser classificados a partir do componente eletrônico utilizado em seu circuito CIs digitais bipolares feitos a partir de transistores de junção bipolar NPN ou PNP como elementos principais TTL transistortransistor logic Famílias mais comuns 7 CIs digitais também podem ser classificados a partir do componente eletrônico utilizado em seu circuito CIs digitais unipolares feitos a partir de transistores de efeito de campo canalP e canal N como elementos principais CMOS complementary metaloxide semiconductor Famílias mais comuns 8 Famílias mais comuns TTL 50 V LOGIC 1 20 V Indeterminate 08 V LOGIC 0 0 V CMOS 50 V LOGIC 1 35 V Indeterminate 15 V LOGIC 0 0 V VDD 5 V 1 Introdução aos dispositivos lógicos programáveis PLDs Digital systems Standard logic ASICs Microprocessors and DSP TTL CMOS ECL PLDs Gate arrays Standard cell Full custom SPLDs CPLDs HCPLDs FPGAs Fuse EPROM EEPROM EPROM EEPROM Flash SRAM Flash Antifuse Introdução aos PLDs 12 Um método comum de conectar um dos muitos sinais que entram em uma rede a uma das muitas linhas de sinais que saem da rede é uma matriz de comutação Em cada intersecção de uma linha e uma coluna há um interruptor que pode conectar eletricamente essa linha a essa coluna Introdução aos PLDs 13 Os interruptores que conectam linhas a colunas podem ser interruptores mecânicos links fusíveis interruptores eletromagnéticos relés ou transistores Esta é a estrutura geral usada em muitos aplicativos Os PLDs também usam uma matriz de comutação que costuma ser chamada de array programável Ao decidir quais interseções estão conectadas e quais não podemos programar a maneira como as entradas são conectadas às saídas do array Vantagens Reconfigurabilidade Reprodutibilidade Possibilidade de realizar atualizações após início de operação Facilidade na implementação 14 Programação de um PLD 15 VHDL Verilog Esquemático Atualmente existem ferramentas de alto nível de abstração por exemplo Vivado 2 Somadores e multiplexadores Augend 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 Stored in accumulator register Addend 0 0 1 1 1 Stored in B register Sum 1 1 1 0 0 Carry 0 0 1 1 1 To be added to next position UNSIGNED MAX MIN SIGNED MIN MAX NEGATIVE POSITIVE 000 101 11100carry of 1 into next position 111111carry of 1 into next position 3 7 6 LSD 4 6 1 8 3 7 011 3 110 6 1001 9 1001 9 1111 15 11000 24 11011 3375 10110 2750 110001 6125 Operações aritméticas em circuitos digitais 18 Uma função essencial da maioria dos computadores e calculadoras é o desempenho de operações aritméticas Essas operações são todas realizadas na unidade lógica aritmética ULA de um computador onde portas lógicas e flipflops são combinados para que possam somar subtrair multiplicar e dividir números binários Operações aritméticas em circuitos digitais 19 1 A unidade de controle recebe uma instrução da unidade de memória especificando que um número armazenado em um determinado local de memória endereço deve ser adicionado ao número atualmente armazenado no registro do acumulador 2 O número a ser adicionado é transferido da memória para o registrador B 3 O número do registro B e o número do registro do acumulador são somados nos circuitos lógicos sob comando da unidade de controle A soma resultante é então enviada para o acumulador para ser armazenada 4 O novo número no acumulador pode permanecer lá para que outro número possa ser adicionado a ele ou se o processo aritmético específico for concluído ele pode ser transferido para a memória para armazenamento 20 Projeto de um somador completo fulladder 21 a Defina a tabela verdade b Identifique os termos que atuarão cada bit de saída e represente sua expressão lógica uma para cada bit c Simplifique a expressão d Represente o circuito Projeto de um somador completo fulladder 22 a Defina a tabela verdade b Identifique os termos que atuarão cada bit de saída e represente sua expressão lógica uma para cada bit c Simplifique a expressão d Represente o circuito Projeto de um somador completo fulladder 23 a Defina a tabela verdade b Identifique os termos que atuarão cada bit de saída e represente sua expressão lógica uma para cada bit c Simplifique a expressão d Represente o circuito Multiplexadores 24 São circuitos combinacionais utilizados para fazermos a seleção de dados Também conhecidos como data selectors Possui diversas entradas e a partir de uma entrada de controle geralmente chamada seletor realiza o roteamento da entrada selecionada para a saída Multiplexador de duas entradas Z I0 S I1 S S Output 0 Z I0 1 Z I1 Multiplexador de quatro entradas Tristate buffers S1 S0 Output 0 0 Z I0 0 1 Z I1 1 0 Z I2 1 1 Z I3 Decoder S1 S0 3 Projeto GB