Organización del Computador 1 Lógica Digital 2: circuitos y memor

Transcripción

1 Organización del Computador 1 Lógica Digital 2: circuitos y memorias Departamento de Computación Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Buenos Aires

2 Circuitos secuenciales Circuitos combinatorios Funciones Booleanas: el resultado depende de las entradas. También necesitamos circuitos que puedan recordar su estado y que actúen según su estado y las entradas: memorias, contadores, etc. Estos circuitos de los denominan secuenciales.

3 Diseño de circuitos Los circuitos digitales se pueden ver desde dos puntos de vista: análisis digital y síntesis digital: El Análisis Digital explora la relación entre las entradas a un circuito y sus salidas. La Síntesis Digital crea diagramas lógicos utilizando los valores expresados en una tabla de verdad. Los diseñadores de circuitos digitales deben tener en cuenta el comportamiento físico 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.

4 Circuitos sincrónicos 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.

5 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.

6 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). Límite de ascenso Límite de descenso Alto Bajo

7 Realimentación Para retener sus valores, los circuitos secuenciales recurren a la realimentación. La realimentación se produce cuando una salida se conecta a una entrada. Ejemplo simple: Si es 0 siempre será, si es 1, siempre será 1, porqué?

8 Flip-Flop SR Uno de los circuitos secuenciales más básicos es el flip-flop SR: SR por set - reset. Circuito lógico y diagrama en bloque de un flip-flop SR: S S C R R

9 Flip-Flop SR La tabla característica describe el comportamiento del flip-flop SR. (t) es el valor de la salida al tiempo t. (t + 1) es el valor de en el próximo ciclo de clock. S R S R (t + 1) 0 0 (t) no hay cambios (reset a cero) (reset a uno) 1 1 indefinido

10 Flip-Flop SR El flip-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 1, el flip-flop es inestable. S R (t) (t + 1) indefinido indefinido

11 Flip-Flop JK Si aseguramos que las entradas al SR no estarán nunca las dos en 1, el circuito se volvería estable. Es posible realizar esta modificación: El flip-flop modificado se denomina JK, en honor de Jack Kilby (inventor del circuito integrado, premio Nobel de física 2000). J C K

12 Flip-Flop JK A la derecha podemos ver el circuito lógico de flip-flop SR modificado. La tabla característica indica que es estable para cualquier combinación de sus entradas. J K S C R J K (t + 1) 0 0 (t) no hay cambios (reset a cero) (reset a uno) 1 1 (t)

13 Flip-Flop D Otra modificación al flip-flop SR es el denominado flip-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. D J C K D (t + 1)

14 Flip-Flop D El flip-flop D es el circuito fundamental (celda) de la memoria de una computadora. D C D (t + 1)

15 Registros Registro de 4 bits compuesto por 4 flip-flops D. Ent 0 D Sal 0 Ent 1 D Sal 1 Ent 0 Ent 1 Ent 2 Registro Sal 0 Sal 1 Sal 2 Ent 2 D Sal 2 Ent 3 Sal 3 Ent 3 D Sal 3 Clock

16 Contadores Un contador binario es otro ejemplo de circuito secuencial. Habilitador de Conteo J C K B0 El bit de menor orden se complementa a cada pulso de clock. Cualquier cambio de 0 a 1, produce el próximo bit complementado, y así siguiendo a los otros flip-flops. Clock J C K J C K J C K B1 B2 B3 Acarreo de Salida

17 de memoria Seleccionar Entrada S Salida R Leer/Escribir (1/0)

18 Unidad de memoria de 4 x 3 bits Dato de entrada (3 bits) D0 A0 CM CM CM D1 A1 CM CM CM Entrada de selección de memoria D2 D3 Decodificador 2x4 CM CM CM CM CM CM leer/escribir Dato de salida

19 de memoria Selección B S C B R C

20 de 16 x 1 bits A3 A2 A1 A3 A2 A Selector de palabra A0 Dato de entrada 16x1 Dato de salida A Decodificador 9 4-a Leer/ Escribir Habilitación de memoria 16 (a) Símbolo Lógica Leer/Escribir Dato de entrada Data in Data out Dato de salida Leer/ Escribir Selector de bit Leer/Escribir Selector de chip (b) Diagrama de bloque

21 de 4 x 4 bits Decodificador de fila 0 A A Decodificador 2-a-4 2 Selector de fila Lógica Leer/Escribir Lógica Leer/Escribir Lógica Leer/Escribir Lógica Leer/Escribir Data in Data in Data in Data in Data out Data out Data out Data out Leer/ Escribir Selector de bit Leer/ Escribir Selector de bit Leer/ Escribir Selector de bit Leer/ Escribir Selector de bit Dato de entrada Leer/Escribir Selector de columna Dato de salida Decodificador de columna Decodificador 2-a-4 con habilitador Habilitador A1 A0 Selector de chip

22 de 64K x 8 bits de 64K x 8 Dato de entrada Dirección Selector de chip Leer/Escribir 8 8 DATA 16 ADRS CS R/W Dato de salida

23 de 256K x 8 bits Dirección Líneas Líneas Dato de entrada 8 Habilitador de memoria Leer/Escribir Decodificador 2-a-4 HAB de 64K x 8 DATA ADRS CS R/W 0-65,535 de 64K x 8 DATA ADRS CS R/W 65, ,071 de 64K x 8 DATA ADRS CS R/W 131, ,607 de 64K x 8 DATA ADRS CS R/W 8 196, ,143 Dato de salida

24 de 64K x 16 bits 16 líneas de dato de entrada 8 8 Dirección 16 Selector de chip Leer/Escribir de 64K x DATA 16 ADRS CS R/W de 64K x DATA 16 ADRS CS R/W líneas de dato de salida

25 ROM Introducción Flip-Flops Memorias 3er estado k entradas (dirección) ROM 2 k x n n salidas (dato)

26 ROM vista interna I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 Decodificador 5-a A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0

27 ROM tabla de verdad

28 ROM 32 x 8 I 0 I 1 I 2 I 3 I 4 Decodificador 5-a Fusible intacto Fusible quemado A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0

29 Buffer de 3 estados ENTRADA HAB SALIDA EN IN OUT 0 X Hi-Z