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Circuitos sequênciais Registradores Registrador com controle de escrita d q clk rst load 4 4 A entrada que controla a escrita pode ter outros nomes como en (enable), ce (chip enable), we (write enable) d q clk rst en 4 4 d q clk rst ce 4 4 d q clk rst we 4 4 1 Circuitos sequênciais Contador crescente de 3 bits A entrada pause permite pausar a contagem 2 Circuitos sequênciais Contador crescente/decrescente (3 bits) up-down=0: contagem crescente up-down=1: contagem decrescente Pode ser otimizado ! 3 Circuitos sequênciais Contador crescente/decrescente (3 bits) up-down=0: contagem crescente up-down=1: contagem decrescente 0012 1112 -1 em complemento de 2 (3 bits) !pause 4 Circuitos sequênciais Contador crescente/decrescente (3 bits) Logisim 5 Circuitos sequênciais Banco de registradores Grupo de registradores que podem ser lidos ou escritos individualmente Exemplo: banco com 4 registradores de 8 bits data_in clk regRead wrEnable 8 8 data_out 2 R3 R2 R0 R1 regWrite 2 6 Circuitos sequênciais Banco de registradores Grupo de registradores que podem ser lidos ou escritos individualmente Exemplo: banco com 4 registradores de 8 bits 7 Circuitos sequênciais Banco de registradores Grupo de registradores que podem ser lidos ou escritos individualmente Exemplo: banco com 4 registradores de 8 bits Leitura Controla a leitura Seleciona a saída q de um dos quatro registradores 8 Circuitos sequênciais Banco de registradores Grupo de registradores que podem ser lidos ou escritos individualmente Exemplo: banco com 4 registradores de 8 bits Escrita Controla a escrita Seleciona um dos quatro registradores para armazenar a entrada data_in Habilita a escrita em um registrador 9 Circuitos sequênciais Banco de registradores Logisim 10 Circuitos combinacionais Processador MIPS Organização/Arquitetura de computadores Circuitos sequênciais Modelo de circuito sequêncial Composto por um circuito combinacional e elementos de memória Elementos de memória armazenam informação codificada em binário (e.g. estado atual) Saídas dependem das entradas e do estado atual Este modelo é chamado de máquina de estados Circuito combinacional Elementos de memória Entradas Saídas Próximo estado n n Estado atual n Estado atual Armazenam o estado atual Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais Contador Capaz de armazenar 8 estados: 0002 0012 0102 0112 1002 1012 1102 1112 13 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais Contador 14 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais Contador 15 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 Capaz de armazenar 8 estados: q2q1q0 = 0002 q2q1q0 = 0012 q2q1q0 = 0102 q2q1q0 = 0112 q2q1q0 = 1002 q2q1q0 = 1012 q2q1q0 = 1102 q2q1q0 = 1112 16 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 17 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 18 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 Os flip-flops armazenam o estado atual do circuito 19 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 Esta parte combinacional do circuito controla as saídas. Ela é responsável por ativar apenas um dos sete LEDs, dependendo do estado atual (valor armazenado nos FFs) 20 Circuitos sequênciais Elementos dos circuitos sequênciais LEDs1 Esta parte combinacional do circuito gera o próximo estado a partir do estado atual e da entrada start. A saída deste circuito é armazenada nos FFs nas bordas do clock. 21 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Logisim 22 Circuitos sequênciais O comportamento de uma máquina de estados é descrito a partir de um diagrama de estados, ao invés de uma tabela verdade como no caso dos circuitos combinacionais Os circulos representam os possíveis estados do circuito Contém internamente o valor das saídas As setas representam as transições entre estados Contém a condição para ocorrer a transição 23 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Circuito com 8 estados Capaz de armazenar 8 estados: q2q1q0 = 0002 q2q1q0 = 0012 q2q1q0 = 0102 q2q1q0 = 0112 q2q1q0 = 1002 q2q1q0 = 1012 q2q1q0 = 1102 q2q1q0 = 1112 Tipicamente os estados recebem nomes no diagrama. Exemplo: q2q1q0 = 0002 → S0 q2q1q0 = 0012 → S1 q2q1q0 = 0102 → S2 q2q1q0 = 0112 → S3 q2q1q0 = 1002 → S4 q2q1q0 = 1012 → S5 q2q1q0 = 1102 → S6 q2q1q0 = 1112 → S7 24 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Diagrama de transição entre estados Condição para ocorrer a transição Transições só ocorrem em bordas do clock, se e somente se a condição de transição for verdadeira Valor da saída no estado Saídas ausentes em um determinado estado, supõe-se iguais a 0 Estado inicial após reset (círculos concêntricos) 25 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk Condição de transição falsa Estado atual 26 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk 27 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk 28 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Setas sem codição de transição dependem apenas da borda do clock Exemplo Transições incondicionais 29 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Forma de onda (simulação) considerando o diagrama anterior com transições incondicionais Condição de transição falsa Transições incondicionais 30 Exemplo: LEDs1 Versão 2 Utilizando circuitos prontos Circuitos sequênciais 31 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Versão 2 Utilizando circuitos prontos 32 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs1 Versão 2 33 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Circuito com 8 estados Capaz de armazenar 8 estados: q2q1q0 = 0002 q2q1q0 = 0012 q2q1q0 = 0102 q2q1q0 = 0112 q2q1q0 = 1002 q2q1q0 = 1012 q2q1q0 = 1102 q2q1q0 = 1112 Tipicamente os estados recebemm nomes no grafo. Exemplo: q2q1q0 = 0002 → S0 q2q1q0 = 0012 → S1 q2q1q0 = 0102 → S2 q2q1q0 = 0112 → S3 q2q1q0 = 1002 → S4 q2q1q0 = 1012 → S5 q2q1q0 = 1102 → S6 q2q1q0 = 1112 → S7 34 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Grafo de transição entre estados 35 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Logisim 36 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk Condição de transição falsa 37 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk 38 Circuitos sequênciais Exemplo: LEDs2 Forma de onda (simulação) Flip-Flops sensíveis a borda de subida de clk 39 Circuitos sequênciais Exemplo: Circuito X Grafo de transição entre estados Condições com expressões lógicas 40 Circuitos sequênciais Exemplo: X Forma de onda 41 Circuitos sequênciais Exemplo: X Forma de onda 42 Circuitos sequênciais Exemplo: X Forma de onda 43
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