Aula 13 - OoCities

Sistemas Digitais
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Módulo 13 – Prof. Celso
SISTEMA BÁSICO DE UM COMPUTADOR
RESET – Inicializa o sistema ao ligar.
CLOCK (ou Oscilador) – Tem por função sincronizar os deslocamentos internos de dados
e endereços, permitindo a seqüência automática das instruções do programa.
INTERRUPÇÃO – Entradas de sinal externo, de outros periféricos, para interromper
processamento e executar outro previamente acertado.
CPU ou UCP (Unidade Central de Processamento) – Responsável por todo
processamento do computador. É o local onde são executadas operações aritméticas e
lógicas, é o manipulador e/ou modificador do fluxo de dados.
ALIMENTAÇÃO – Fonte de tensão que alimenta os circuitos integrados.
MEMÓRIA DE PROGRAMA – Memória onde a CPU vai procurar as instruções, ou
seja, a seqüência de procedimentos a ser executado pelo computador.
MEMÓRIA DE DADOS – Memória onde a CPU lê e escreve dados durante a operação
normal. Geralmente é do tipo volátil (perde informação ao ser desligada).
BLOCO DE CONTROLE – Lógica para escolher qual memória ou periférico a CPU vai
utilizar.
ENTRADA E SAÍDA – Dispositivos de entrada e saída para comunicação da CPU com o
mundo exterior (teclado, display, vídeo, mouse...). Também chamado de portas de I/O
(Input/Output).
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DUTO (ou Barramento) DE DADOS OU DE ENDEREÇO: Um barramento é uma
conexão física para a transmissão de sinais entre sistemas digitais. Trata-se de um conjunto
de condutores (fios, trilhas) por onde “passam” os bits.
CPU (UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO)
Internamente à CPU existe:
Unidade de controle: Desempenha todo o papel de controle
da CPU.
ULA (ou ALU): Responsável pelas operações lógicas (AND,
OR, XOR...) e aritméticas (soma, subtração, divisão...)
Registradores: São “memórias” auxiliares utilizadas durante
o processamento. O registrador mais importante é o
“acumulador” onde termina o resultado de todas as operações
MEMÓRIAS
As memórias servem para armazenar informações (números, letras, caracteres,
instruções, endereços, dados).
A memória é um conjunto de células (ou localizações), todas com o mesmo número
de bits numerado seqüencialmente em ordem crescente. Cada célula é identificada por um
número exclusivo que é o seu endereço. Se a memória tem 2n células então os endereços
devem ter n bits. Os acessos à memória são feitos através de unidades chamadas palavras
de memória que podem ter 1, 2, 4 ou 8 bytes.
CLASSIFICAÇÃO DAS MEMÓRIAS
As memórias podem ser classificadas quanto:
1. Acesso:
Seqüencial: chegam a posição endereçada passando por todas as
posições intermediárias. Ex.: fitas magnéticas
Aleatórias ou direto: chegam diretamente à posição endereçada. Ex.:
RAMs
2. Volatilidade:
Voláteis: perdem as informações armazenadas com o corte da
alimentação (RAM).
Não voláteis: mantêm as informações mesmo sem a alimentação
(ROM).
3. Troca de Dados:
Memórias de escrita e leitura (RAM).
Memória apenas de leitura (ROM).
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4. Armazenamento:
Estáticas: o dado inserido permanece armazenado indefinidamente
(SRAM).
Dinâmicas: é necessária a reinserção do dado periodicamente para
que ele não se perca (DRAM).
TIPOS DE MEMÓRIA
1 ROM (Read Only Memory)
- somente de leitura
- constituídas de circuitos combinacionais
- não voláteis
- acesso aleatório
- memória estática
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Funcionamento Básico
I0 e I1 são informações armazenadas
na fabricação do dispositivo
E
S
0
1
I0
I1
Memória 4x1 = memória com 4 posições endereçáveis e com 1 bit de informação
Genericamente:
Memória N x m, sendo N posições de memória e m bits de informações
Ex.: 7488 - memória 32 x 8
4732 - memória 4k x 8 – possui 4096 posições e 8 bits de saída
OBS.: 1k = 1.024
Representação:
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2 ROMs Programáveis
2.1 PROM (Programable Read Only Memory)
- É uma ROM que pode ser programada uma única vez pelo usuário
- A conexão entre as linhas de endereço e as saídas é feita por um diodo ou
transistor bipolar em série com um fusível
-
O programador de PROMs queima os fusíveis através de correntes altas
Memória não volátil
Acesso direto
Apenas leitura
2.2 EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory)
- pode ser programada, apagada e reprogramada
- utiliza transistor MOS nas conexões entre as linhas de endereço e as saídas de
dados
- Uma vez armazenado o bit na célula de memória (carga na porta do transistor
CMOS) ele aí permanece até que se deseje apagá-lo
- Apagamento => exposição da EPROM à luz U.V. (ultra-violeta). A fotocorrente descarrega a porta através de uma janela de cristal no chip.
- É não volátil
- De acesso direto
- Comerciais: 2764 (8k x 8), 27512 (64k x 8)
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2.3 EAPROM (Electrically Alterable Read-Only Memory)
EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory)
- programada, apagada e reprogramada eletricamente
- é não volátil
- de acesso direto
- custo alto
- degradação após 106 a 1011 ciclos de escrita/leitura
3 RAMs
-
(Random Access Memory)
Permite tanto leitura quanto a escrita de dados
Constituídas geralmente de um grupo de registradores endereçavéis (Flip-Flops)
Usada para armazenamento de programas e dados durante as operações com o
microcomputador
- Volátil
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CLOCK R S Qn+1
0
↑
↑
X X
0 1
1 0
Qn
1
0
RAMs Estáticas – armazenam as informações enquanto houver alimentação
RAMs Dinâmicas (DRAMs) – armazenam as informações como uma carga num capacitor.
Precisam ser periodicamente restauradas por causa das fugas de corrente. Num mesmo
tamanho físico as RAMs dinâmicas tem maior capacidade que as RAMs estáticas.
RAMs Estáticas
74200 (256 x 1) Texas
2114 (1k x 4) Intel
RAMs Dinâmicas
2116 (16k x 1) Intel
4464 (64k x 4) Texas
ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA
Bit – menor unidade de informação, pode ser 0 (desligado) ou 1 (ligado).
Nibble – conjunto de 4 bits
Byte – conjunto (palavra) de 8 bits.
O computador só conhece o sistema binário. O sistema hexadecimal foi criado para
facilitar a tarefa dos programadores, analistas e projetistas na manipulação dos endereços e
dos dados.
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Uma memória é caracterizada pelo:
- Número de localizações (ou endereço, ou palavra): 1024 (1k), 2048 (2k)....
- Número de bits/palavra: 1, 4, 8, 16...
Supondo uma memória simples de 8 posições por 4 bits de dados:
Eprom
2764 (8k x 8)
27512 (64k x 8)
Rom
4732 (4k x 8)
Dram
4464 (64k x 4)
Sram
2114 (1k x 4)
Pela figura anterior temos que, para endereçar uma memória de 8x4 precisamos de 3
linhas de endereço (A2, A1, A0) e 4 linhas de dados (D3, D2, D1, D0). Para calcular o
número de linhas de endereço, pode-se utilizar:
2x = número de endereços (ou palavras)
no exemplo 2x = 8
para calcular x, podemos usar o logaritmo na base 10 ou o logaritmo neperiano:
2x = 8
ln 2x = ln 8
x.ln2 = ln8
x = ln 8 / ln2
pela propriedades dos logaritmos:
ln yA = A. ln y
=> x = 2.0794415 / 0,6931471 => x = 3
A quantidade de linhas de endereço necessária para ligar a CPU à memória é
definida pelo número de palavra (ou endereço).
Para endereçar 1024 posições de memória são necessárias:
2x = 1024
=>
x = 10 linhas
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2o. exemplo: Construa uma memória de 16x8 (16 palavras com 8 bits cada palavra). O
endereço inicial dessa memória deve ser 0. Insira na posição 5H o dado 5FH, na posição 0H
insira F1H e na posição BH insira 8CH
Para construir a memória devemos saber:
Número de linhas de endereço: 2x = 16
Número de linhas de dados: 8
=> x = 4
A memória ficaria:
teríamos:
endereço Palavra de dado
0H
F1H
5H
5FH
BH
8CH
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Nesse exemplo a ligação entre a CPU e a memória seria:
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ASSOCIAÇÃO DE MEMÓRIAS
As memórias podem ser associadas para expandir sua capacidade de dados ou de
localizações. Se tivermos memórias de 256x4, podemos construir memória de 256x8,
fazendo a seguinte ligação:
O duto de endereçamento é aplicado simultaneamente nas duas memórias. Também,
o controle de leitura/escrita (R/W) e a seleção do chip (CS) são simultâneo. Se quisermos
escrever o dado 5Fh na posição de memória 7Bh devemos:
1 – Selecionar os chips (CS = 0)
2 – Selecionar o endereço 7Bh (A7-A0 = 0111 1011)
3 – Selecionar a operação de escrita (R/W=0)
4 – Aplicar os níveis 5Fh (0101 1111) na barra de dados, sendo que o 5h é aplicado em D4D7 e o Fh é aplicado em D0-D3
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Utilizando a mesma memória de 256x4, podemos expandir sua capacidade de
armazenamento. A figura abaixo mostra duas memórias de 256x4 ligadas para construir
uma memória de 512x4.
RAM 1
RAM 2
Os endereços e o controle de leitura/escrita são simultâneos, mas a seleção do chip é
fornecida por uma linha de endereço (A8). Se A8=0, a primeira memória (RAM 1) é
selecionada e se A8=1, a segunda memória (RAM 2) é selecionada. A operação de escrita
ou leitura deve seguir os passos dados no exemplo anterior.
1 – Selecionar os chips (CS = 0). Neste caso a linha A8 seleciona uma ou outra memória
2 – Selecionar o endereço (A7-A0) desejado
3 – Selecionar a operação de escrita(0) ou de leitura(1) (R/W)
4 – Se escrita: Aplicar os níveis desejados na barra de dados.
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Considerando o exemplo acima, o endereçamento de cada memória ficaria:
RAM 1
RAM 2
Seleção da
Memória
A8
0
1
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
HEX
0
0
0
0
0
0
0
0
000
1
1
1
1
1
1
1
1
0FF
0
0
0
0
0
0
0
0
100
1
1
1
1
1
1
1
1
1FF
Repare que neste exemplo estamos considerando as outras linhas de endereçamento
(A9,A10,A11) em nível lógico baixo.
Consulta:
Idoeta – Cap.8
Malvino – vol.02 – cap.12
Bignell – vol.02 – cap. 16
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EXERCÍCIOS:
1) Um computador tem 128 K de memória. Quantos bytes isto representa?
2) Desenhe uma memória de 8 x 8, dando os endereços das posições e insira nas posições
abaixo os seguintes valores:
posição 3H – valor: C3H
posição 5H – valor: 8BH
3) desenhe a ligação entre uma CPU e uma memória de 64k x 8
4) O desenho abaixo mostra um trecho de uma memória. Pede-se, o valor em
hexadecimal do conteúdo dos endereços:
23H
25H
29H
5) Quantas linhas de endereço são necessárias para endereçar uma memória de:
128 bytes
128 Kbytes
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6) No trecho de memória da figura abaixo, forneça o conteúdo da posição 5A73H e
5A7AH
Como está organizada a memória? (isto é, quantas palavras dá para endereçar e quantos
bits por palavra a memória possui).
7) Suponha que você possua várias memórias de 128x4. Construa uma memória de 512x4.
Forneça os endereçamento de cada memória. Faça o decodificador para acionar cada chip
de memória (Chip Select).
8) Determine o endereço inicial e final de cada memória abaixo:
a) ROM 512x4
b) EPROM 4Kx8
c) RAM 128Kx8
d) RAM 2Mx16
9) Abaixo é mostrado um computador baseado no Z-80. Descubra, através de Data-Sheets,
as funções dos circuitos integrados da figura.
- Z-80
- 74LS14
- 74LS245
- 74LS04
- 74LS74
- 74LS32
- 74LS06
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