Circuitos Sequenciais3

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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
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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