Arquitectura del Procesador I

Transcripción

1 Arquitectura del Procesador I PRACTICO Nº 2 Circuitos Secuenciales Ejercicio 21 (a): Se necesita crear un circuito que divida por 3 una frecuencia de reloj. Si consideramos que el funcionamiento de todo el circuito está comandado por CLK, que la salida del circuito es Y, entonces la relación entre ambas señales será la siguiente: El diagrama de estados para el comportamiento requerido es el siguiente: Donde no hay ninguna entrada que determine las transiciones entre estados ya que simplemente se produce con cada pulso de reloj. La señal de Reset se usa para reiniciar el sistema en un estado determinado. Se pide: 1. Definir formalmente el grafo de estado 2. Se trata de una maquina de Moore o de Mealy? 3. Construya el circuito correspondiente. Ejercicio 21 (b): Para el diagrama de estados de la siguiente figura se pide: (a) Especificar formalmente el diagrama mediante un grafo de estados. (b) Construir el circuito secuencial correspondiente. Se trata de una maquina de Mealy o de Moore? (c) Agregar al circuito la lógica necesaria para una señal de reset (rst) sincrónica, de manera tal que, cuando rst es igual a 1, el próximo estado sea igual a A (el estado inicial). 1

2 Ejercicio 22: Realizar el diagrama y especificar el grafo de estados para un contador módulo 4 con una señal de control que permite al circuito actuar como un contador decreciente (3, 2, 1, 0, 3, 2, 1...) si la señal de control es igual a 0 y un contador creciente (3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, ) si la señal de control es igual a 1, luego construir el circuito secuencial. Ejercicio 23: Construir un contador creciente módulo 16 usando semisumadores. Luego, proponga otro método para su construcción. Ejercicio 24: Analizar el comportamiento para el siguiente circuito secuencial: Ejercicio 25: Se necesita construir un controlador para un semáforo que estará ubicado en la intersección de dos calles. Para ello se diseña el siguiente circuito, el cual consta de un contador módulo 8 y dos circuitos adicionales (C-1 y C-2), los cuales a partir del valor del contador activan las luces de los semáforos. El semáforo 1 encenderá la luz Roja para los valores 0, 1, 2 y 3 del contador, la luz Verde para los valores 4, 5 y 6 y la luz Amarilla para el valor 7. El semáforo 2 encenderá la luz Roja para los valores 4, 5,6 y 7 del contador, la luz Amarilla para el valor 3, y la luz Verde para los valores 0, 1 y 2. Implemente los circuitos C-1, C-2 y el Contador Módulo 8 utilizando mapas de Karnaugh para obtener expresiones booleanas mínimas. El circuito construido es un circuito combinacional o secuencial?. Por qué?. Ejercicio 26: Suponga que debe construir un sistema electrónico para el manejo de turnos de clientes y puestos de atención. Los turnos van desde el 0 al 99, y se poseen 3 (tres) puestos de atención. En cada puesto hay un pulsador (p1, p2 y p3), el cual al ser presionado el sistema debe indicar el nuevo turno a ser atendido en el puesto correspondiente. Se considera que nunca serán presionados dos pulsadores al mismo tiempo. 2

3 Se ha diseñado este sistema de acuerdo a la arquitectura del siguiente gráfico. Los números de turno y puesto serán indicados a los clientes mediante una pantalla con displays de 7 segmentos. El control de los turnos se realiza mediante un contador BCD modulo 100, el cual incrementa su valor con cada turno asignado. Los registros 1 y 2 son de 4 (cuatro) bits cada uno, mientras que el registro 0 es de 2 (dos) bits. La unidad de control indica mediante las señales ereg0 y ereg1y2 cuando estos registros almacenan un nuevo valor. La señal puesto posee 2 (dos) bits (puesto[1] y puesto[0]). Se pide: 1. Construir el circuito +1 mediante semi-sumadores, el cual posee como entrada un número de 4 (cuatro) bits y entrega en su salida el valor incrementado en Construir el circuito Ajuste, el cual realiza el ajuste correspondiente a números en BCD. 3. Para poder mostrar el valor de un registro en el display correspondiente, es necesario el decodificador (DEC para el caso del registro 0 en la figura) que dado el valor almacenado en el registro entrega al display las señales de los segmentos que deben encenderse. Por ejemplo si el registro posee almacenado el valor 11, deben encenderse los segmentos A, B, C, D y G. Construya este decodificador. 4. Especificar el grafo de estados y construir la unidad de control, la cual se comporta de acuerdo al siguiente diagrama de estados. Utilice mapas de karnaugh para obtener las expresiones mínimas cuando sea necesario. 3

4 Ejercicio 27: Considere el control de semáforos en el cruce de la ruta NS con la EO. La frecuencia del reloj es tal que el ciclo de las luces no es menor a 30 segundos. Hay dos señales de salida: NSluz: Cuando está en uno, la luz verde está prendida en la ruta NS; cuando está en cero, la luz roja está prendida en NS. EOluz: Cuando está en uno, la luz verde está prendida en la ruta EO; cuando está en cero la luz roja está prendida en EO. Hay dos señales de entrada: NSauto: Indica que hay un auto sobre NS esperando que se ponga en verde el semaforo. EOauto: Indica que hay un auto sobre EO esperando que se ponga en verde el semaforo. Las luces de los semáforos debieran cambiar de una dirección a la otra solamente si hay algún auto esperando en la otra dirección. Se necesitan solamente dos estados: NSverde, cuando está en verde la dirección NS y EOverde, cuando está en verde la dirección EO. La función de próximo estado se especifíca mediante la tabla que aparece en la figura. Se pide: 1. Dibujar la máquina de estados para el controlador. 2. Especificar cada una de las componentes del grafo de estados G=(X, Y, S, T, O) 3. Construir el circuito correspondiente. 4. Realice el diagrama de señales mostrando las situaciones posibles. 5. Proponga un cambio en la señal del reloj para garantizar un ciclo de un minuto. 4

5 Ejercicio 28: Considere el funcionamiento de una flecha intermitente para desviar el tránsito. La flecha consiste de una barra central y dos puntas de flecha. La indicación de desvío puede ser en una de las dos direcciones o en ambas. La dirección se maneja mediante dos llaves, llamadas simple y doble. Cuando simple está en 1 se indica hacia la derecha y en 0 hacia la izquierda. Cuando doble está en uno se indican ambas direcciones. Si el desvío es hacia la derecha se encenderá primero B 0, luego B 1, después B 2 y finalmente F d. El autómata (diagrama de estados) para controlar la flecha es el siguiente: Se pide especificar el grafo de estados y construir el circuito secuencial. 5

6 Ejercicio 29: Dado el siguiente diagrama de un módulo de memoria RAM, responda: De cuantos bits estará formada una dirección generada por el procesador que use este módulo de memoria? De que tamaño son los datos? Cuál es la capacidad del módulo de memoria? En la figura puede apreciarse que el bus de direcciones es unidireccional y el bus de datos es bidireccional, Debido a qué se presenta esta diferencia? Justifique. Por qué es necesario colocar un buffer tri-state entre la memoria y el bus de datos? Cuáles son las funciones de las señales l, e, y cs respectivamente? 6

7 Ejercicio 30: Suponga que se tiene el modulo de memoria de la figura. Marque las líneas cuyas señales se activan en el circuito si el procesador genera un requerimiento de lectura para la dirección 1. Luego, Marque las señales que se activan cuando se realiza un requerimiento de escritura en la dirección 1. Ejercicio 31: Construir una memoria de 8 bytes utilizando 8 registros de 1 byte, un decodificador y un multiplexor y todos los elementos complementarios que crea necesario. Ejercicio 32: Usando módulos de memoria como el presentado a continuación, construya una memoria cuya capacidad sea de 512 bytes. Luego, construya una memoria cuya capacidad sea de 256 palabras, donde cada palabra es de 16 bits. Ejercicio 33: Se desea construir una memoria de 2 k-bytes, solo se dispone de módulos de memoria de 256 bytes. a) Realice las conexiones que crea conveniente considerando que el bus de direcciones es de 11 líneas. b) Qué sucede si para seleccionar los módulos se decodifican las líneas menos significativas del bus de direcciones? 7

8 Ejercicio 34: En la siguiente figura se muestra la estructura de una memoria para un microprocesador. Todos los chips de RAM son idénticos. a) Cuál es la capacidad total de RAM? b) Cuál es la capacidad de ROM A? c) Cuál es la capacidad de ROM B? d) Cuál es la capacidad de EPROM? e) Cuál es el rango de direcciones ocupadas por la ROM A? f) Cuál es el rango de direcciones ocupadas por la RAM? g) Cuál es el rango de direcciones ocupadas por la ROM B? h) Cuál es el rango de direcciones ocupadas por la EPROM 8