Componentes Digitales Estructurados

Transcripción

1 Prof. Rodrigo Araya E. Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Informática Valparaíso, 1 er Semestre 2006

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3 Los se construyen a partir de unidades más simples y pequeñas, denominadas componentes atómicos. Los componentes atómicos son: Compuertas Lógicas (AND, OR, NOT, NAND, NOR, etc...). Flip-Flops (J-K, D, T, etc...).

4 Los más populares y que se utilizan extensivamente, son: MUX Archivos de Registro ALU Antes de analizar en detalle cada uno de estos bloques, es necesario incorporar una compuerta llamada de Tercer Estado.

5 Modelo de una Compuerta Una compuerta normal se puede modelar mediante switches:

6 Modelo de una Compuerta El valor de salida de una compuerta solo tiene 2 posibles estados: 0 o 1. Debido a esto, no es posible realizar la siguiente conexión:

7 Compuerta de Tercer Estado Las compuertas de tercer estado introducen un switch en la salida, el que es comandado por una linea de control.

8 Compuerta de Tercer Estado

9 Compuerta de Tercer Estado

10 Compuerta de Tercer Estado Las compuertas de tercer estado, además de la(s) entrada(s) y la(s) salida(s), tiene una entrada para la linea de control de tercer estado. Si z = 0 Se comporta como una compuerta normal. Si z = 1 Se comporta como si estuviera desconectado.

11 Compuerta de Tercer Estado De esta manera se logra interconectar la salida de muchas compuertas, pudiendo formar un BUS.

12 Contenido Los registros son considerados como los bloques más importantes de un Computador. Un registro es una memoria muy rápida que permite almacenar información. El tamaño de un registro esta dado por palabras, que contienen típicamente 16, 32 o 64 bits. En arquitectura rige el principio: más pequeño, más rápido. Existen 2 tipos de registros: Paralelos y Seriales. La unidad atómica fundamental en los registros es el Flip-Flop D.

13 Registro Paralelo Estructura interna de un registro paralelo.

14 Registro Paralelo Un registro se representa como un componente con n entradas y salidas de datos. Además se considera una linea de control que permite la carga de datos en el registro. Para poder interconectar varios registros a un mismo bus es necesario incorporar compuertas de tercer estado.

15 Registro Paralelo Con las compuertas de tercer estado se permite que solo un registro a la vez mantenga activa su salida.

16 Registro Serial Estructura interna de un registro serial.

17 Registro Serial Representación de un registro serial. Los registros seriales solo tienen una entrada y una salida de datos. Además se considera una linea de control shift que permite el desplazamiento de los datos en el registro.

18 Un multiplexor es un circuito combinacional que tiene varias entradas y permite seleccionar una de ellas para que resulte de salida. Los multiplexores son ampliamente utilizados en arquitectura para controlar el flujo de los datos. Un multiplexor de m entradas, requiere de log 2 m lineas de control.

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20 Representación de un multiplexor.

21 Decodificadores y Codificadores Decodificador: Es un sistema combinacional que transforma un número binario en un número decimal. La salida decimal consiste en un conjunto de lineas, cada una de las cuales representa a un número decimal. Codificador: Es un sistema combinacional que transforma un número decimal en un número binario.

22 Decodificador Representación de un decodificador.

23 Codificador Contenido Representación de un Codificador.

24 Es una colección de registros paralelos organizados de forma tal que actúan como memoria rápida. Las salidas paralelas de los registros convergen a 2 MUX paralelos, permitiendo la salida simultanea de 2 registros. El número de registros varía entre 16, 32 y 64. El archivo de registros constituye un elemento fundamental en el llamado Camino de Datos del procesador.

25 Estructura interna del archivo de registros.

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27 La Unidad Aritmética Lógica (ALU) es un circuito combinacional, es decir, no tiene memoria. La ALU esta diseñada para lograr buen desempeño, realizando operaciones en muy corto tiempo. Al igual que el, la ALU es parte fundamental del llamado Camino de Datos del procesador.

28 ALU de 1 bit Estructura interna de una ALU de 1 bit.

29 ALU de 32 bits Estructura interna de una ALU de 32 bits.

30 Representación de una ALU.

31 Contenido Los registros y los archivos de registros constituyen bloques básicos para memorias pequeñas. Las memorias de mayor tamaño se construyen con: SRAM: Ram estática. DRAM: Ram dinámica.

32 RAM Estática Características de la RAM Estática Es un circuito integrado formado por arreglos de memoria. Asegura un tiempo fijo de acceso a cada Byte almacenado La información es mantenida en la memoria, mientras haya energía. Los bits se almacenan en Flip-Flops.

33 RAM Estática Representación de una RAM Estática.

34 RAM Dinámica La RAM dinámica permite almacenar bits utilizando circuitos electrónicos RC, es decir, se basa en la carga y descarga de un condensador. La carga y descarga del condensador es realizada mediante una resistencia, y es controlada por un switch electrónico. Como switch electrónico se utiliza 1 transistor. En comparación con la SRAM, para construir un Flip-Flop se requieren al menos 4 transistores. Disminuyen los costos y aumenta la densidad de bits.

35 RAM Dinámica Como la resistencia descarga constantemente el condensador, es necesario refrescar la memoria, por lo que se ve afectado el tiempo de acceso a esta memoria.

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