Organización n del Computador 1. Lógica Digital 2 Circuitos y memorias

Transcripción

1 Organización n del Computador Lógica Digital 2 Circuitos y memorias

2 Circuitos Secuenciales Circuitos combinatorios Funciones ooleanas El resultado depende sólo s de las entradas También n necesitamos circuitos que puedan recordar su estado y que actúen según n su estado y las entradas Memorias, contadores, etc. Estos circuitos de los denominan Secuenciales

3 Relojes En general, necesitamos una forma de ordenar los diferentes eventos que producen cambios de estados Para esto usamos relojes Un reloj (clock)) es un circuito capaz de producir señales eléctricas de oscilantes, con una frecuencia uniforme

4 Cambios de estado Los cambios de estado se producen en cada tick de reloj Estos cambios pueden producirse cuando se produce un cambio de flanco (ascendente o descendente) o por un cambio nivel (alto o bajo)

5 Realimentación Para retener sus valores, los circuitos secuenciales recurren a la realimentación. n. La realimentación n se produce cuando una salida se conecta a una entrada. Ejemplo simple:. Si es siempre será,, si es, siempre será, porqué

6 Flip-Flops Flops Uno de los circuitos secuenciales más m s básicos b es el flip-flop flop SR. SR por set/reset. Circuito lógico l y diagrama en bloque de un flip- flop SR:

7 Flip-Flops Flops La tabla característica describe el comportamiento del flip-flop flop SR. (t) ) es el valor de la salida al tiempo t. (t+) es el valor de en el próximo ciclo de clock.

8 Flip-Flops Flops El flip-flop flop SR tiene en realidad 3 entradas: S, R, y su salida corriente, (t). Note los dos valores indefinidos, cuando las entradas S y R son, el flip- flop es inestable.

9 Flip-Flop Flop JK Si aseguramos que las entradas al SR no estarán nunca las dos en, el circuito se volvería a estable. Es posible realizar esta modificación: El flip-flop modificado se denomina JK. - JK en honor de Jack Kilby (inventor del circuito integrado).

10 Flip-Flop Flop JK la derecha podemos ver el circuito lógico l de flip-flop flop SR modificado. La tabla característica indica que es estable para cualquier combinación n de sus entradas.

11 Flip-Flop Flop D Otra modificación n al flip-flop flop SR es el denominado flip-flop flop D. Note que retiene el valor de la entrada al pulso de clock,, hasta que cambia dicha entrada, pero al próximo pulso de clock.

12 Flip-Flop Flop D El flip-flop flop D es el circuito fundamental (celda( celda) de la memoria de una computadora.

13 Registros Registro de 4 bits compuesto por 4 flip-flops flops D.

14 Contadores Un contador binario es otro ejemplo de circuito secuencial. El bit de menor orden se complementa a cada pulso de clock. Cualquier cambio de a, produce el próximo bit complementado, y así siguiendo a los otros flip-flops flops.

15 Diseño o de circuitos Los circuitos digitales se pueden ver desde dos puntos de vista: análisis digital y síntesis s digital. El nálisis Digital explora la relación n entre las entradas a un circuito y sus salidas. La Síntesis Digital crea diagramas lógicos l utilizando los valores expresados en una tabla de verdad. Los diseñadores de circuitos digitales deben tener en cuenta el comportamiento físico f de los circuitos electrónicos, es decir existen retardos de propagación, los cuales pueden incidir cuando las señales toman distintos caminos, en la tabla de verdad de todo el sistema.

16 Circuitos sincrónicos nicos Los circuitos sincrónicos funcionan sobre la base del tiempo. Es decir, las salidas dependen no sólo de las entradas. Sino del estado en que estaban las salidas y del tiempo.

17 Flip-flop RS S S R R

18 Flip-flop RS S S R R

19 Flip-flop RS S S R R

20 Flip-flop RS set S S R reset FF R

21 Ejercicio: Encontrar para las señales R, S dadas S R S R S FF t R

22 Ejercicio: Encontrar para las señales R, S dadas S R S R S FF t R

23 Flip-flop RS síncrono S R S R

24 Flip-flop RS síncrono S R set S clock FF reset R

25 Ejercicio: Encontrar para las señales R, S dadas usando FF RS síncrono S R S R S t R FF

26 Ejercicio: Encontrar para las señales R, S dadas usando FF RS síncrono S R S R S t R FF

27 Flip-flop D data D S D clock FF R Sin clock la salida no cambia

28 Flip-flop D PR PR CLR D data D clock CLR

29 Flip-flop JK J K data J clock K

30 Contador de 4 bits basado en Flip-Flop JK J J J J K K K K LS MS

31 Registro de corrimiento basado en Flip-Flops D data D D D D

32 Diseño de un circuito secuencial Ejemplo: diseñar un circuito secuencial que genere una secuencia de estados binarios:,,, a partir de una señal de control x, que cada vez que esté en y venga una señal de clock cambie de estado.

33 Diseño de un circuito secuencial Ejemplo: diseñar un circuito secuencial que genere una secuencia de estados binarios:,,, a partir de una señal de control x, que cada vez que esté en y venga una señal de clock cambie de estado. Diagrama de estado

34 Diseño de un circuito secuencial x = x = x = x = x = Diagrama de estado x = x = x = x : señal de control

35 t t + x Como el contador tiene dos bits, se usarán dos flip-flops ( y ), uno para cada bit. x = x = x = control x = Diagrama de estado x = x = x = x = x : señal de reloj

36 t t + x Tabla de estado x = x = x = control x = Diagrama de estado x = x = x = x = x : señal de reloj

37 x t t + K J J K FF K J Usando flip-flops JK cómo deben ser sus entradas para que cambie de su estado t a su estado t+ control

38 x t t + K J J K FF K J control Tabla de excitación

39 x t t + K J x J Mapas de Karnough x K

40 x t t + K J x J Mapas de Karnough x K

41 x t t + K J x J Mapas de Karnough x K J = x K = x

42 x t t + K J J K FF K J Usando flip-flops JK cómo deben ser sus entradas para que cambie de su estado t a su estado t+ control

43 x t t + K J J K FF Usando flip-flops JK cómo deben ser sus entradas para que cambie de su estado t a su estado t+ K J control

44 x t t + x J Mapas de Karnough x K K J

45 x t t + x J Mapas de Karnough x K K J

46 x t t + x J Mapas de Karnough x K J = x K = x K J

47 J J = x FF K = x K J = x K = x J FF K

48 J J = x FF K = x K J = x K = x J FF x K clock

49 Circuitos secuenciales Consideraciones de diseño:. Hacer un diagrama de estado identificando las variables entrada (control) y salida. En el diagrama: un estado es un círculo, un flecha es una transición de un estado a otro. 2. El número de flip-flops necesarios para el circuito es el número de bits que tienen los estados. 3. Se realiza la tabla de estados y la tabla de excitación para cada flip-flop. 4. Se diseña el circuito combinacional para cada entrada de cada flip-flop usando mapas de Karnough. 5. Se implementa el circuito secuencial.

50 Celda de memoria Celda de memoria seleccionar entrada S salida R leer/escribir (/)

51 Celda de memoria seleccionar entrada S salida R seleccionar entrada C salida leer/escribir (/) leer/escribir (/)

52 Unidad de memoria de 4 x 3 bits Unidad de memoria de 4 3 bits Dato de entrada (3 bits) Entrada de selección de memoria D D D 2 C C C C C C C C C Decoder 2 4 D 3 C C C leer/escribir Dato de salida

53 Unidad de memoria RM

54 Unidad de memoria RM

55 Celda de memoria RM

56 uffer de 3 estados EN = EN = IN OUT IN OUT EN: IN: OUT: enable input output Esquema eléctrico

57 uffer de 3 estados Diagrama Tabla de verdad EN: IN: OUT: enable input output

58 uffer de 3 estados Diagrama Tabla de verdad

59 RM de 6 x bit

60 RM de 6 x bit usando celdas de 4 x 4

61 RM de 64K x 8 bits Chip 64 x 8 RM

62 RM de 256K 4 chips 64K x 8

63 RM de 64K x 6 utilizando 2 chips de 64K x 8

64 Memoria ROM (read only memory)

65 Lógica interna de una ROM

66 Tabla de verdad ROM 32 x 8

67 Programación de ROM 32 x 8