Aula02A_Sistemas Digitais-Introducao-2022-R01

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Sistemas Digitais
Aula 02A – Introdução aos Sistemas Digitais
Prof. Dr. Gleison Elias da Silva
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Análise e Desenvolvimento de Sistemas – Ciência da Computação
Indice
Grandezas Analógicas e Digitais
Dígitos Binários, Níveis Lógicos e Formas de Onda Digitais
Operações Lógicas Básicas
Visão Geral das Funções Lógicas Básicas
Circuitos Integrados de Funções Fixas
Introdução à Logica Programável
Instrumentos de Medição e Teste
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Resultados de aprendizagem
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Explicar as diferenças básicas entre grandezas analógicas e digitais
Mostrar como os níveis de tensão são usados para representar grandezas digitais
Descrever os diversos parâmetros da forma de onda de um pulso tais como tempo de subida, tempo de descida, largura de pulso, frequência, período e ciclo de trabalho
Explicar as operações lógicas básicas AND, OR e NOT
Descrever as funções lógicas dos circuitos comparador, somador, conversor de código, codificador, decodificador, multiplexador, demultiplexador, contador e registrador
Identificar circuitos integrados digitais de funções fixas, de acordo com a complexidade deles, e os tipos de encapsulamentos de CI
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Resultados de aprendizagem
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Identificar a numeração de pinos nos encapsulamentos dos circuitos integrados
Descrever a lógica de programação, discutir os diversos tipos e descrever como são programados os PLD
Reconhecer os diversos instrumentos e compreender como eles são usados em medições e análise de defeito em sistemas e circuitos digitais
Mostrar como um sistema digital completo é formado combinando as funções básicas em aplicações práticas.
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As camadas de abstração de um sistema computacional podem ser mais detalhadas, conforme mostrado na figura ao lado. 
A camada mais inferior possui um nível de complexidade maior e um nível de abstração menor do que a camada imediatamente superior.
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Abstração de um 
sistema computacional
Sistema Computacional
https://medium.com/@twitu/a-dive-down-the-levels-of-abstraction-227c96c7933c
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Sistema Computacional
Foto de um único
átomo de estrôncio
Representações de estruturas cristalinas
Representação de um átomo
Física (Physics): interações atômicas, arranjos moleculares, redes cristalinas, campos elétricos, potencial elétrico, corrente elétrica.
Foto do átomo: https://www.nationalgeographic.com/news/2018/02/trapped-atom-photograph-long-exposure-competition-spd/
Átomo: https://hackernoon.com/atomic-swap-why-its-a-game-changer-for-exchanges-fb1380f5cb6c
Foto do átomo: https://www.nationalgeographic.com/news/2018/02/trapped-atom-photograph-long-exposure-competition-spd/
Estruturas: http://www.geologyin.com/2014/11/crystal-structure-and-crystal-system.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_structure
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Sistema Computacional
Representação do processo de difusão atômica
Representação de um dispositivo CMOS, a partir de componentes como transistores e resistores
Dispositivos (Devices transitors): teorias da microeletrônica, processos de fabricação, componentes eletrônicos, migrações de contaminantes, efeito de latch-up (curto-circuito em componente CMOS, Complementary Metal–Oxide Semiconductor).
Difusão: https://www.researchgate.net/publication/337788795_Temperature_Effect_on_the_Diffusion_Welding_Process_and_Mechanism_of_B2-O_Interface_in_the_Ti2AlNb-based_alloyA_Molecular_Dynamics_Simulation
CMOS: http://lampx.tugraz.at/~hadley/psd/L13/latch-up/Latch-Up.html
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Sistema Computacional
Portas e registradores (Gates/Registers): 
Considerado o Nível 0 ou nível de lógica digital é o hardware verdadeiro da máquina, cujos circuitos executam os programas em linguagem de máquina de nível 1. 
Não existe aqui o conceito de programa como uma sequência de instruções a serem executadas. Neste nível, os objetos são denominados portas lógicas - todas elas compostas por transistores. Neste nível estuda-se como criar estruturas mais complexas combinando-se as diversas portas como AND, OR e NOT para criar estruturas como multiplexadores, flip-flops e somadores. 
Célula de bits: https://www.pastraiser.com/reverse/AMD9085/schematics.html
Portas e registradores: https://en.wikipedia.org/wiki/Processor_register
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Sistema Computacional
Diagrama elétrico de um registrador de 8 bits
Portas e registradores (Gates/Registers): a combinação de transistores e outros elementos (resistores, capacitores, diodos) podem formar circuitos lógicos (portas AND, OR, NAND, NOT) e registradores, que são memórias específicas de acesso muito rápido e que são importantes aos microprocessadores e microcontroladores.
Célula de bits: https://www.pastraiser.com/reverse/AMD9085/schematics.html
Portas e registradores: https://en.wikipedia.org/wiki/Processor_register
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Sistema Computacional
Portas e registradores (Gates/Registers): 
Neste estágio pode-se usar linguagens de descrição de hardware (HDL, acrônimo de Hardware Description Language) para facilitar o design (projeto/concepção) de circuitos digitais, como:
CPLD: dispositivo lógico complexo programável (CPLD, Complex Programmable Logic Device).
FPGA: arranjo de portas programáveis em campo (FPGA, Field Programmable Gate Array).
ASIC: circuitos integrados de aplicação especifica (ASIC, Application Specific Integrated Circuits).
PAL: Arranjo de lógica programável (PAL, Programmable Array Logic).
HDL: https://en.wikipedia.org/wiki/Hardware_description_language
FPGA e CPLD: https://pt.wikipedia.org/wiki/Field-programmable_gate_array
ASIC: https://pt.wikipedia.org/wiki/ASIC
Hardware: https://en.wikipedia.org/wiki/Hardware_architecture
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Sistema Computacional
Portas e registradores (Gates/Registers): 
São exemplos de linguagens de descrição de hardware (HDL):
VHDL: VHSIC-HDL, Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language.
Verilog (IEEE 1364-2005 - IEEE Standard for Verilog Hardware Description Language).
AHDL: Altera Hardware Description Language.
AHPL: A Hardware Programming Language.
Bluespec: liguagem de alto nível HDL baseada em Haskell.
COLAMO: Common Oriented Language for Architecture of Multi Objects.
CUPL: Compiler for Universal Programmable Logic.
VHDL: https://en.wikipedia.org/wiki/VHDL
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Sistema Computacional
Microarquitetura do Intel 4004
Microarquitetura (microarchitecture or μarch): é a forma como um determinado conjunto de instruções (ISA, Instruction Set Architecture) é implementado em um processador, podendo ser implementado com microarquiteturas diferentes, devido a diferentes objetivos de um determinado projeto ou devido a mudanças na tecnologia. 
A arquitetura do computador é a combinação da microarquitetura e da arquitetura do conjunto de instruções.
Microarquitetura: https://en.wikipedia.org/wiki/Microarchitecture
Microarquitetura: https://www.geeksforgeeks.org/microarchitecture-and-instruction-set-architecture/
Microarquitetura 4004: https://pnghut.com/png/ejZnXVd2PH/intel-4004-instruction-set-architecture-microprocessor-8085-transparent-png
ISA: https://en.wikipedia.org/wiki/Instruction_set_architecture
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Sistema Computacional
Microarquitetura do Intel Core 2
Microarquitetura do Intel Nehalem
Microarquitetura
Microarquitetura Core 2: https://en.wikipedia.org/wiki/Microarchitecture
Microarquitetura Nehalem: https://en.wikipedia.org/wiki/Nehalem_(microarchitecture)
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Introdução
O termo digital é derivado da forma com que os computadores realizam operações, contando dígitos.
Durante muitos anos, as aplicações da eletrônica digital ficaram confinadas aos sistemas computacionais.
Hoje em dia, a tecnologia digital é aplicada em diversas áreas:
Televisão;
Sistemas de comunicação;
Radares e Sistemas de navegação e direcionamento;
Sistemas militares;
Instrumentação médica;
Controle de processos industriais;
Equipamentos eletrônicos de consumo.
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Ábaco: https://bxr.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%B8%D1%84%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D1%8D#/media/File:%D0%90%D0%B1%D0%B0%D0%BA.jpg
Anticítera: http://www.sitedecuriosidades.com/im/g/5185D.jpg
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Introdução – Aplicação de SD
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 Transmissor de TV digitalFU518D-500W - FMUSER 
 Receptor Smart TV 85” Ultra HD 4K 85Q70AA - Samsung 
Transmissor TV digital: http://www.fmuser.net/Keditor/attached/image/20190313/20190313174943514351.jpg ou http://pt.fmuser.net/
Receptor de TV digital: https://m.media-amazon.com/images/I/81MYQWZLfsL._AC_SL1500_.jpg
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Introdução – Aplicação de SD
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Sistemas de comunicações
Sistemas de comunicações: https://www.directionsmag.com/pressrelease/8655
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Introdução – Aplicação de SD
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Unidade de medição inercial 
(IMU, Inertial Measurement Unit) 
Radar móvel 59N6-ТЕ - Rosobornexport
IMU modelo HG1930 - Honeywell 
Radar: https://www.menadefense.net/military-industry/a-new-russian-3d-radar-for-hypersonic-target-detection/
IMU: https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_measurement_unit
Avião: https://en.wikipedia.org/wiki/Aircraft_principal_axes
https://aerospace.honeywell.com/content/dam/aerobt/en/documents/landing-pages/brochures/N61-1637-000-000-HG1930InertialMeasurementUnit-bro.pdf
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Introdução – Aplicação de SD
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Tanque de batalha principal Leopard 2 A7+ - Krauss-Maffei Wegmann
Tanque de batalha principal T-14 Armata - Uralvagonzavod
Tanque: https://www.kmweg.com/systems-products/tracked-vehicles/main-battle-tank/leopard-2-a7/
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Introdução – Aplicação de SD
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Avião caça F-16 Fighting Falcon – Lockheed Martin
Avião caça JAS 39 Gripen E – Saab - Força Aérea Brasileira
Gripen: https://www.aereo.jor.br/2020/08/03/primeiro-caca-gripen-da-fab-vai-sobrevoar-brasilia-no-dia-do-aviador/
F-16: https://br.sputniknews.com/defesa/2019100414597805-f-16-com-cores-da-bandeira-dinamarquesa-escolta-aviao-de-reconhecimento-russo-fotos/
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Introdução – Aplicação de SD
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Tomógrafo Biograph Vision (PET/CT, Positron Emission Tomography/Computed Tomography) - Siemens 
Imagens PET/CT mostrando pequenas metástases hepáticas em paciente com carcinoma colorretal
PET/CT: https://www.medicaldevice-network.com/wp-content/uploads/sites/11/2019/10/2l-Image-Biograph-Vision.jpg
https://www.siemens-healthineers.com/ve/molecular-imaging/pet-ct/biograph-vision
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Introdução – Aplicação de SD
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Simulador de estrada para veículos 
Model 329 Road Simulator - MTS
Controle de processos industriais
Simulador: https://corp.mts.com/cs/groups/public/documents/library/cm3_002014.pdf
Planta: https://www.automationskills.com/what-is-a-control-systems-engineer/
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Introdução – Aplicação de SD
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 Equipamentos eletrônicos de consumo
https://www.pinterest.es/pin/795589090395961926/
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Introdução – Aplicação de SD
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 Eletrodomésticos inteligentes (Smart Home Appliances)
https://www.azernews.az/region/128364.html
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Grandezas Analógicas e Digitais
Os circuitos eletrônicos podem ser divididos em duas grandes categorias:
Analógicos;
Digitais.
A eletrônica analógica envolve grandezas com valores contínuos e a eletrônica digital envolve grandezas com valores discretos.
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FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Sistema eletrônico analógico
Um sistema de amplificação de som é um exemplo de uma aplicação da eletrônica analógica. 
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FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
As ondas sonoras, que são de natureza analógica, sendo captadas por um microfone e convertidas em uma pequena tensão analógica denominada sinal de áudio, a qual varia continuamente de acordo com as variações no volume e na frequência do som.
A tensão de saída do microfone é aplicada na entrada de um amplificador linear. 
A saída do amplificador, que é uma reprodução ampliada da tensão de entrada, é enviada para o altofalante, que converte o sinal de áudio amplificado de volta para o formato de ondas sonoras com um volume muito maior que as ondas sonoras originais captadas pelo microfone.
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Sistema eletrônico analógico e digital
O aparelho de CD (Compact Disk) é um exemplo de um sistema no qual são usados tanto circuitos analógicos quanto digitais. 
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 Echo Dot (4ª geração) smart speaker com relógio digital e Alexa - Amazon
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
As ondas sonoras, que são de natureza analógica, sendo captadas por um microfone e convertidas em uma pequena tensão analógica denominada sinal de áudio, a qual varia continuamente de acordo com as variações no volume e na frequência do som.
A tensão de saída do microfone é aplicada na entrada de um amplificador linear. 
A saída do amplificador, que é uma reprodução ampliada da tensão de entrada, é enviada para o altofalante, que converte o sinal de áudio amplificado de volta para o formato de ondas sonoras com um volume muito maior que as ondas sonoras originais captadas pelo microfone.
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Sistema eletrônico digital
Um relógio de pulso (smartwatch) e um celular (smartphone) são exemplos de aplicação da eletrônica digital. 
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Smartwatch Amazfit GTS 2 - Xiaomi 
Smartwatch Serie 6 GPS - Apple 
Smartphone Galaxy Z Fold 3 - Samsung 
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
As ondas sonoras, que são de natureza analógica, sendo captadas por um microfone e convertidas em uma pequena tensão analógica denominada sinal de áudio, a qual varia continuamente de acordo com as variações no volume e na frequência do som.
A tensão de saída do microfone é aplicada na entrada de um amplificador linear. 
A saída do amplificador, que é uma reprodução ampliada da tensão de entrada, é enviada para o altofalante, que converte o sinal de áudio amplificado de volta para o formato de ondas sonoras com um volume muito maior que as ondas sonoras originais captadas pelo microfone.
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Dígitos binários
A eletrônica digital envolve circuitos e sistemas nos quais existem apenas dois estados possíveis representados por dois níveis de tensão diferentes:
ALTO;
BAIXO.
Esses dois estados também podem ser representados por:
Níveis de corrente; Bits; Ressaltos num CD ou DVD; Abertura e fechamento de uma chave elétrica; Incidência ou não de luz; Etc.
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FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Dígitos binários
O sistema de numeração de dois estados é denominado de binário e os seus dois dígitos são 0 e 1. 
Um dígito binário é denominado de bit, uma contração das palavras binary digit (dígito binário).
Em sistemas digitais tais como computadores, as combinações de dois estados, denominadas códigos, são usadas para representar números, símbolos, caracteres alfabéticos e outros tipos de informações. O byte é um código, pois é a combinação de 8 bits.
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FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
https://sites.google.com/site/linguagembinariahumana/
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Níveis Lógicos
Entretanto, em um circuito digital prático, um nível ALTO ou BAIXO pode ser qualquer tensão entre um valor mínimo e um valor máximo especificados.
Esses valores dependem da família do circuito lógico digital, no que se refere à tecnologia/arquitetura interna. 
Esses valores são chamados de níveis de tensão de limiar lógico (Logic threshold voltage levels).
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As tensões usadas para representar 1 e 0 são denominados níveis lógicos. 
Teoricamente, um nível de tensão representa umnível ALTO e o outro representa um nível BAIXO. 
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Níveis Lógicos – Famílias lógicas
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Classificação quanto à tecnologia/arquitetura interna:
Bipolar
DTL (Diode Transistor Logic, Lógica de Diodos e Transistores);
DCTL (Direct Coupled Transistor Logic, Lógica de Transistores diretamente acoplados);
RTL (Resistor Transistor Logic, Lógica de Transistores e Resistores);
RCTL (Resistor Capacitor Transistor Logic, RTL com Capacitores);
HTL (High Threshold Logic, Lógica de alto limiar);
TTL (Transistor Transistor Logic, Lógica Transistor-transistor);
ECL (Emitter Coupled Logic, Lógica de Emissores Acoplados).
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/fabioks/disciplinas/tecnico-integrado/el04e-eln-digital-1/el04e-eletronica-digital-1-tecnico-integrado/aulas/Familias-Digitais_Bertoldo_Fabio_Schneider.pdf
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Níveis Lógicos – Famílias lógicas
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Classificação quanto à tecnologia/arquitetura interna:
MOS (Metal Oxide Semiconductor Logic, Lógica de MOSFET):
pMOS (MOSFET canal P);
nMOS (MOSFET canal N);
CMOS (Complementary MOS Logic, Lógica MOS complementar), há sempre um pMOS e um nMOS em arquitetura complementar.
http://paginapessoal.utfpr.edu.br/fabioks/disciplinas/tecnico-integrado/el04e-eln-digital-1/el04e-eletronica-digital-1-tecnico-integrado/aulas/Familias-Digitais_Bertoldo_Fabio_Schneider.pdf
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Níveis Lógicos – Famílias lógicas
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NAND MOS
NAND TTL
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http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/eletronica-digital/o-que-sao-portas-logicas/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cmos_nand.svg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TTL_NAND_003.svg
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Níveis Lógicos – Famílias lógicas
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Níveis de tensão de limiar lógico (Logic threshold voltage levels)
http://www.interfacebus.com/voltage_threshold.html
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Formas de ondas digitais
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Formas de onda digitais consistem em níveis de tensão que comutam entre os níveis, ou estados, lógicos ALTO e BAIXO.
Os pulsos vistos nas figuras acima são ideais porque se considera que as bordas de subida e descida comutam num tempo zero (instantaneamente).
Pulsos ideais
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Formas de ondas digitais
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Na prática, essas transições nunca ocorrem instantaneamente, embora para a maioria dos circuitos digitais funcionarem consideramos pulsos ideais.
Pulso real – representação
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Formas de ondas digitais
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A sobrelevação do sinal (overshoot), a subelevação do sinal (undershoot) e as oscilações de amortecimento (damped oscillations) são produzidas algumas vezes por efeitos de indutância e capacitância parasitas. 
A inclinação pode ser causada por capacitância parasita e circuitos resistivos que formam um circuito RC com uma pequena constante de tempo.
Inclinação
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Formas de ondas digitais
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O tempo necessário para um pulso passar do nível BAIXO para o nível ALTO é denominado tempo de subida (tr – rise time) e o tempo necessário para a transição do nível ALTO para o nível BAIXO é denominado tempo de descida (tf – fall time). 
Na prática, é comum medir o tempo de subida a partir de 10% da amplitude do pulso (altura a partir da linha de base) até 90% da amplitude do pulso e para medir o tempo de descida
consideramos o tempo de 90% a 10% da amplitude do pulso.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Formas de ondas digitais
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Os 10% da parte inferior e os 10% da parte superior não são incluídos nos tempos de subida e descida devido a não-linearidade da forma de onda nessas áreas. 
A largura de pulso (tW – pulse width) é a medida da duração do pulso e é frequentemente definida como o intervalo de tempo entre os pontos de 50% das bordas de subida e descida.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Formas de ondas digitais
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A maioria das formas de onda encontradas em sistemas digitais são compostas de uma série de pulsos, algumas vezes denominados trem de pulsos, podendo ser classificadas como não-periódicas ou periódicas. 
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Formas de ondas digitais
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Uma forma de onda periódica é aquela que se repete num intervalo fixo, denominado de período (T). 
A frequência (f) é a taxa com que ela se repete e definida como sendo o inverso do período (T):
(1)
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Formas de ondas digitais
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Uma característica importante de uma forma de onda digital periódica é o ciclo de trabalho (Wc), a razão entre a largura de pulso (tW) e o período (T), expresso em porcentagem:
(2)
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Formas de ondas digitais – Ex. 1.1
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Considere a forma de onda, a seguir e as medidas temporais em milissegundos. Determine:
(a) período: 
O período é medido a partir da borda de um pulso até a borda correspondente do próximo pulso. 
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Formas de ondas digitais – Ex. 1.1
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(b) frequência:
(c) ciclo de trabalho:
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Formas de ondas digitais – Clock 
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Uma informação binária manipulada por sistemas digitais aparece como formas de onda que representam sequências de bits. 
Cada bit na sequência ocupa um intervalo de tempo definido denominado tempo de bit. 
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Formas de ondas digitais – Clock 
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Em sistemas digitais, todas as formas de onda são sincronizadas com uma forma de onda de temporização de referência denominada clock. 
O clock é uma forma de onda periódica na qual cada intervalo entre os pulsos (período) é igual ao tempo de um bit.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisãotécnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Formas de ondas digitais – Clock 
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Observe que, nesse caso, cada mudança de nível na forma de onda A ocorre na borda positiva da forma de onda do clock.
A forma de onda do clock por si só não transporta informação.
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Diagramas de Temporização
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Um diagrama de temporização é um gráfico de formas de onda digitais que mostra a relação atual de tempo de duas ou mais formas de onda e como cada forma de onda muda em relação às outras. 
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Transferência de dados
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Dados se referem a grupos de bits que transportam algum tipo de informação. 
Em sistemas computacionais os dados em binário são transferidos de um circuito para outro dentro de um sistema digital ou de um sistema para outro para cumprir um determinado propósito de duas formas: 
Em série;
Em paralelo.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
https://www.academia.edu/6951758/Transmiss%C3%A3o_serial_e_paralela
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Transferência de dados
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Na forma de transmissão serial os dados são transferidos de um ponto para outro enviando-se um bit de cada vez ao longo de uma única linha.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
50
Transferência de dados
51
No forma de transmissão paralela todos os bits de um grupo são enviados em linhas separadas ao mesmo tempo.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
51
Transferência de dados
52
	Tipo de Transmissão	Vantagens	Devantagens
	Série	Um número mínimo de linhas é necessário.	Gasta um tempo maior, para transferir um determinado número de bits
	Paralela	A transferência dos bits depende da quantidade de linha e é simultânea	É necessário um número de linhas igual ao número de bits. 
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Transferência de dados – Ex. 1.2
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Considere o diagrama de temporização abaixo, no qual um clock de 100 kHz é usado como referência. Considere também que o bit mais à esquerda é o primeiro a ser transferido. 
(a) Determine o tempo total necessário para a transferência serial de oito bits contidos na forma de onda A vista na figura, a seguir, e indique a sequência de bits.
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Transferência de dados – Ex. 1.2
54
Como a frequência do clock é 100 kHz, o período é:
Se gasta 10 µs para transferir cada bit da forma de onda. O tempo total de transferência serial para 8 bits é:
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Transferência de dados – Ex. 1.2
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Para determinar a sequência de bits, examine a forma de onda apresentada na figura durante cada tempo de bit. Se a forma de onda A for nível ALTO durante o tempo de bit, um 1 é transferido. Se a forma de onda for nível BAIXO durante o tempo de bit, um 0 é transferido.
O bit mais à esquerda é o primeiro a ser transferido. 
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Transferência de dados – Ex. 1.2
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(b) Qual é o tempo total de transferência dos mesmos oito bits em paralelo?
O tempo total de transferência paralela de 8 bits é:
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Operações lógicas básicas
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Em sua forma básica, a lógica é o campo do raciocínio humano que nos diz que uma certa proposição (declaração) é verdadeira se certas condições forem verdadeiras. 
Proposições podem ser classificadas como verdadeiras ou falsas. 
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https://static.todamateria.com.br/upload/lo/gi/logica-og.jpg
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Operações lógicas básicas
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Diversas proposições, quando combinadas, formam funções proposicionais ou lógicas. 
A seguinte declaração lógica a seguir pode ser feita: A luz está ligada apenas se a lâmpada não está queimada e a chave está ligada. 
A primeira declaração é verdadeira apenas se as duas últimas forem verdadeiras. 
A primeira declaração (“A luz está ligada”) é a proposição básica e as outras duas declarações são as condições das quais a proposição depende.
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https://i.ytimg.com/vi/TGe_bMJjQps/hqdefault.jpg
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Operações lógicas básicas
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Em 1847, o matemático e filósofo inglês George Boole publicou um trabalho intitulado The Mathematical Analysis of Logic (A Análise Matemática da Lógica), sua primeira exposição de álgebra booleana. 
Sete anos depois, em 1854, Boole publicou um trabalho mais detalhado intitulado An Investigation of the Laws of Thought (Uma investigação das leis do pensamento), no qual se fundamentam as teorias matemáticas da lógica e das probabilidades. 
Este trabalho contém a expressão completa do primeiro sistema prático de lógica em forma algébrica.
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https://pt.wikipedia.org/wiki/George_Boole
https://publicdomainvectors.org/pt/vetorial-gratis/Ilustra%C3%A7%C3%A3o-em-vetor-de-%C3%ADcone-de-link-externo/21232.html
59
Operações lógicas básicas
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ISBN-13: 978-1782050049
Imagem: Sydney Padua, 2015
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https://sydneypadua.com/2dgoggles/happy-200th-birthday-george-boole/
60
Operações lógicas básicas
61
A álgebra Booleana, como é conhecida hoje em dia, é aplicada no projeto e análise de sistemas digitais
O termo lógica é aplicado a circuitos digitais usados para implementar funções lógicas. 
Em operações lógicas, as condições verdadeiro/falso mencionadas anteriormente são representadas por ALTO (verdadeiro) e BAIXO (falso). 
As três operações lógicas básicas: NOT, AND e OR, estão indicadas pelos seus símbolos padrão, abaixo.
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Operações lógicas básicas – NOT
62
A operação NOT (NÃO) comuta de um nível lógico para o nível lógico oposto. 
Quando a entrada for nível ALTO (1), a saída será nível BAIXO (0) e quando a entrada for nível BAIXO, a saída será nível ALTO. 
Nos dois casos, a saída não é o mesmo nível lógico que a entrada. 
A operação NOT é implementada por um circuito lógico conhecido como inversor.
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62
Operações lógicas básicas – NOT
63
A operação NOT (NÃO) feita com chave (switch) e com transistor bipolar de junção (BJT, Bipolar Junction Transistor). 
Inversor com chave (interruptor)
Inversor com transistor BJT
https://www.electronics-tutorials.ws/boolean/bool_3.html
https://www.trainboard.com/highball/index.php?media/not-gate.125505/
63
Operações lógicas básicas – NOT
64
Portas lógicas NOT (NÃO)
Pinagem CI 74LS04
https://www.schoolsofkingedwardvi.co.uk/ks2-computing-computing-theory-8-boolean-logic/
https://suchprogramming.com/beginning-logic-design-part-1/
64
Operações lógicas básicas – AND
65
A operação AND (E) gera uma saída de nível ALTO apenas quando todas as entradas forem nível ALTO. 
Quando pelo menos uma entrada for nível BAIXO, a saída será nível BAIXO.
A operação AND é implementada por um circuito lógico conhecido como porta AND.
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65
Operações lógicas básicas – AND
66
A operação AND (E) feita com chaves (switches) e com transistor bipolar de junção (BJT, Bipolar Junction Transistor). 
AND com chaves (interruptores)
AND com transistores BJT
https://www.electronics-tutorials.ws/boolean/bool_1.html
https://www.reddit.com/r/ECE/comments/g3bz2w/i_am_building_logic_gates_and_it_seems_like_the/
66
Operações lógicas básicas – AND
67
Portas lógicas AND (E)
Pinagem CI 74LS08
https://laptrinhx.com/digital-logic-and-gate-3323853559/
https://www.datasheet-pdf.info/entry/7408
https://www.datasheet-pdf.info/entry/7408
https://suchprogramming.com/beginning-logic-design-part-1/
67
Operações lógicas básicas – OR
68
A operação OR (OU) gera uma saída de nível ALTO quando pelo menos uma entrada for nível ALTO. 
Apenas quando todas as duas entradas forem nível BAIXO, a saída será nível BAIXO. 
A operação OR é implementada por um circuito lógico conhecido como porta OR.
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68
Operações lógicas básicas – OR
69
A operação OR (OU) feita com chaves (switches) e com transistor bipolar de junção (BJT, Bipolar Junction Transistor). 
OR com chaves (interruptores)
OR com transistores BJT
https://www.electronics-tutorials.ws/boolean/bool_2.html
https://www.electronics-tutorials.ws/logic/logic_3.html
69
Operações lógicas básicas – OR
70
Portas lógicas OR (OU)
Pinagem CI 74LS32
https://laptrinhx.com/digital-logic-or-gate-3247933123/
https://suchprogramming.com/beginning-logic-design-part-1/
70
Funções lógicas básicas
71
Os três elementos lógicos básicos AND, OR e NOT podem ser combinados para formar circuitos lógicos mais complexos que realizam diversas operações úteis e que são usados para construir sistemas digitais completos. 
Algumas das funções lógicas comuns são:
Comparação;
Aritmética;
Conversão de código;
Codificação;
Decodificação;
Seleção de dados;
Armazenamento;
Contagem.
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71
Funções lógicas – Comparação
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Comparação:
A comparação de magnitude é realizada por um circuito lógico denominado comparador. 
Um comparador compara dois números e indica se eles são iguais ou não.
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Funções lógicas – Aritméticas
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Adição:
A adição é realizada por um circuito lógico denominado somador. 
Um somador soma dois números binários (nas entradas A e B com um carry na entrada Cin) e gera uma soma (∑) e um carry (vai um) de saída (Cout).
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Funções lógicas – Aritméticas
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Subtração:
A subtração também é realizada por um circuito lógico denominado subtrator.
Um subtrator necessita de três entradas: duas para os números a serem subtraídos e uma para o borrow (empréstimo).
Veremos adiante que a subtração pode ser realizada por um somador porque a subtração é simplesmente um caso especial da adição.
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Funções lógicas – Aritméticas
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Multiplicação:
A multiplicação é realizada por um circuito lógico denominado multiplicador.
Os números são multiplicados sempre dois de cada vez, assim são necessárias duas entradas. 
A saída do multiplicador é o produto. 
Devido a multiplicação ser uma série de adições com deslocamentos nas posições dos produtos parciais, ela pode ser realizada usando um somador associado a outros circuitos.
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Funções lógicas – Aritméticas
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Divisão: 
A divisão pode ser realizada por meio de uma série de subtrações, comparações e deslocamentos, sendo que dessa forma ela pode ser feita usando um somador associado a outros circuitos. 
São necessárias duas entradas no divisor e as saídas geradas são o quociente e o resto.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
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Funções lógicas – ULA
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Em um microprocessador, a unidade lógica e aritmética (ALU – Arithmetic Logic Unit) realiza as operações de soma, subtração, multiplicação e divisão bem como as operações lógicas sobre os dados digitais conforme determinado por uma série de instruções. 
Uma ALU típica é construída com várias centenas de portas lógicas.
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http://www.exclusivearchitecture.com/?page_id=2508
77
Funções lógicas – Conversão de código 
78
Um código é um conjunto de bits organizados em um padrão único e usado para representar uma informação específica. 
Um conversor de código converte uma informação codificada de uma forma em uma outra forma de código. 
Como exemplos disso temos as conversões entre binário e outros códigos, como:
Decimal codificado em binário (BCD – Binary Coded Decimal); 
BCD 8421 ou natural;
BCD 3 em excesso;
BCD 5421.
Código Gray;
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78
Funções lógicas – Conversão de código 
79
Códigos alfanuméricos:
ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Código padrão americano para troca de informação;
Unicode
UCS (Universal Character Set) ISO/IEC 10646 define o Conjunto Universal de Caracteres;
UTF-7; 
UTF-8; 
UTF-16; 
UTF-32/UCS-4;
SCSU;
Punycode.
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Funções lógicas – Conversão de código 
80
Alguns códigos alfanuméricos obsoletos:
EBCDIC: alguns computadores IBM (8 bits).
SELECTRIC: máquinas de escrever IBM (7 bits).
HOLLERITH: cartões perfurados (12 bits).
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80
Funções lógicas – Codificação
81
A função de codificação é realizada por um circuito lógico denominado codificador, que converte informação, tal como um número decimal ou um caractere do alfabeto, em alguma forma codificada.
Por exemplo, um certo tipo de codificador converte cada um dos dígitos decimais, de 0 a 9, em um código binário.
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Funções lógicas – Decodificação
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A função de decodificação é realizada por um circuito lógico denominado decodificador, que converte uma informação codificada, como um número binário, numa forma não codificada, como a forma de um número decimal. 
Por exemplo, um tipo particular de decodificador converte um código binário de 4 bits em um dígito decimal apropriado..
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Funções lógicas – Seleção de dados
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Dois tipos de circuitos que selecionam dados são:
Multiplexador (MUX);
Demultiplexador (DEMUX).
Um multiplexador (mux) é um circuito lógico que comuta dados digitais a partir de diversas linhas de entrada em uma única linha de saída numa sequência temporal especificada. 
Funcionalmente, um multiplexador pode ser representado pela operação de uma chave eletrônica que conecta sequencialmente cada uma das linhas de entrada à linha de saída.
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https://www.electronics-tutorials.ws/combination/comb_2.html
83
Funções lógicas – Seleção de dados
84
Um demultiplexador (demux) é um circuito lógico que comuta dados digitais de uma linha de entrada para diversas linhas de saída numa sequência temporal especificada.
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Funções lógicas – Armazenamento
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Armazenamento é uma função necessária na maioria dos sistemas digitais, sendo a sua finalidade guardar informação binária por um período de tempo. 
Alguns dispositivos de armazenamento são usados para armazenamento temporário e outros são usados para armazenamento por longo tempo.
Image courtesy of the University of Amsterdam
Dot pattern on the screen of a Williams memory tube of a Ferranti Mark I computer
Tubo de Williams, 1947
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http://www.reginaldtiangha.com/cpsc509/wiltube.htm
https://pt.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_Williams
85
Funções lógicas – Armazenamento
86
Tipos comuns de dispositivos de armazenamento são: 
Flip-flops;
Registradores;
Memórias semicondutoras;
Discos magnéticos;
Fitas magnéticas;
Discos ópticos (CD).
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Funções lógicas – Armazenamento
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Flip-flops
Um flip-flop é um circuito lógico biestável (dois estados estáveis) que pode armazenar um bit de cada vez, podendo ser 1 ou 0. 
A saída de um flip-flop indica qual bit está armazenado. Um nível ALTO na saída indica que um 1 está armazenado e um nível BAIXO na saída indica que um 0 está armazenado.
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Funções lógicas – Armazenamento
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Registradores: 
Um registrador é formado pela combinação de vários flip-flops de forma que um grupo de bits possa ser armazenado. 
Por exemplo, um registrador de 4 bits é construído a partir de quatro flip-flops. 
Registrador de 4 bits com entrada serial/saída serial
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Funções lógicas – Armazenamento
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Registradores: 
Além de armazenar bits, registradores podem ser usados para deslocar os bits a partir de uma posição para outra dentro do registrador ou para fora (para um outro circuito); portanto, esses dispositivos são conhecidos com registradores de deslocamento.
Os dois tipos básicos de registradores de deslocamento são: 
Serial;
Paralelo.
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Funções lógicas – Armazenamento
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Memórias semicondutoras:
As memórias semicondutoras são dispositivos usados tipicamente para armazenagem de uma grande quantidade de bits. 
Memória apenas de leitura (ROM, Read-Only Memory) os dados em binário são armazenados de forma permanente ou semipermanente não podendo ser alterados prontamente.
Memória de acesso aleatório (RAM, Random-Access Memory), os dados em binário são armazenados temporariamente e podem ser alterados facilmente.
RAM
ROM
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Funções lógicas – Armazenamento
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Memórias Magnéticas:
As memórias de discos magnéticos são usadas no armazenamento de massa de dados em binário. 
Como exemplos temos os disquetes (Floppy disks) usados em computadores bem como os discos rígidos (HD, Hard Disks). 
Hard Disk
Floppy Disk 8”, 5 ¼” e 3 ½” 
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
https://www.kitguru.net/components/hard-drives/anton-shilov/shipments-of-wd-hard-disk-drive-hit-a-multi-year-low/
https://hddclub.com/hard-disk-drive-complete-guide/
https://hddclub.com/wp-content/uploads/2016/01/floppy-disk.jpg
91
Funções lógicas – Armazenamento
92
Memórias Magnéticas:
Fitas magnéticas ainda são usadas em aplicações de memorização e para backup de dados a partir de outros dispositivos de armazenamento.
LTO (Linear Tape-Open) cartridgeMagnetic Tape Systems
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http://www.tape-storage.net/en/about_tape_storage/
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Funções lógicas – Armazenamento
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http://www.tape-storage.net/en/about_tape_storage/
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Funções lógicas – Contagem
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A função de contagem é importante em sistemas digitais. Existem muitos tipos de contadores digitais, mas a finalidade básica deles é contar eventos representados por transições de níveis ou pulsos. 
Para contar, o contador tem que “lembrar” do número atual para poder passar para o próximo número da sequência. Portanto, a capacidade de armazenamento é uma importante característica de todos os contadores, sendo que os flip-flops são geralmente usados para implementá-los.
FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
http://www.tape-storage.net/en/about_tape_storage/
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[1] FLOYD, Thomas L., Sistemas digitais: fundamentos e aplicações; tradução José Lucimar do Nascimento; revisão técnica Antonio Pertence Júnior – 9ª. ed., Porto Alegre: Bookman, 2007. 888 p. ISBN-13: 978-85-7780-107-7
[2] TOCCI, Ronald J; WIDMER, Neal S.; MOSS, Gregory L., Sistemas digitais: princípios e aplicações; tradução Sérgio Nascimento; revisão técnica Renato Giacomini – 12ª ed., São Paulo: Pearson, 2019. 1056 p. (Biblioteca Virtual Pearson), ISBN-13: 978-85-4302-501-8
[3] CAPUANO, Francisco Gabriel; IDOETA, Ivan Valeije., Elementos de Eletrônica Digital – 42ª ed., São Paulo: Érica, 2018. 440 p. ISBN-13: 978-85-3653-038-3
95
Estas transparências foram baseadas nos livros da bibliografia acima, em sítios (sites) da internet 
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Bibliografia
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Bibliografia
ISBN-13: 978-85-7780-107-7
ISBN-13: 978-85-4302-501-8
ISBN-13: 978-85-3653-038-3
NOTA: Para a bibliografia complementar consulte o plano de ensino da disciplina
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