Laboratório de Sistemas Digitaisjca/feup/lsdi/slides/lsdi-0607-slides-1-26... · V 2.00 - S12006 Laboratório de Sistemas Digitais 2006/2007 - FEUP/DEEC 1 FEUP/DEEC –Laboratório

V 2.00 - S12006

Laboratório de Sistemas Digitais 2006/2007 - FEUP/DEEC 1

1FEUP/DEEC – Laboratório de Sistemas Digitais

Laboratório de Sistemas Digitais(EEC0006)

Módulo da disciplinaPropedêuticas de Engenharia Electrotécnica e de Computadores 1

(EEC0001)

Mestrado Integrado emEngenharia Electrotécnica e de Computadores

1º ano, 1º semestre


Laboratório de Sistemas Digitais• Página da disciplina

– www.fe.up.pt/~jca/feup/lsdi• Bibliografia

– José Carlos Alves, Sistemas Digitais, 2005, FEUP– J.F.Wakerly, Digital Design – Principles and Practices, Prentice Hall, 3rd Edition, 2001 (http://www.ddpp.com )

• Outro apoio– Livro de Exercícios da disciplina– Transparências usadas nas aulas teóricas– Enunciados de exames anteriores

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Aulas

• Aulas T (Teóricas); 1h/semana – Complementam as aulas TP– Introduzem assuntos necessários para os labs.

• Aulas TP (Teórico-Práticas); 4h/semana– Apresentação de matéria– Resolução de exercícios propostos para casa– Trabalhos de Laboratório

• Projecto e ensaio de pequenos sistemas digitais


Avaliação• Avaliação distribuída sem exame final

– 2 testes (12 valores)• Duração de 1 hora (3/Jan e 7/Fev)• 6 valores cada• Prevê-se uma prova de recurso para os alunos que por motivos justificados não tenham comparecido aos testes

– 5 Trabalhos de Laboratório (5+3 valores)• Ficha de avaliação nas aulas TP (1 valor por cada lab.)• Avaliação geral dos trabalhos laboratoriais (3 valores)

– conjunto de questões a inserir no 2º teste– trabalho de casa (individual) de preparação– apreciação do docente

• Datas previstas: consultar a ficha da disciplina

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Sistemas Digitais – o que são?

• Processamento de informação– Informação representada em binário (1 e 0)– Electrónico: pequeno e barato (fácil de projectar...)– Função do sistema digital

• define a relação entre entradas e saídas digitais

entradas saídas

10101001 00111011sistemadigital


Sistemas (electrónicos) digitais

• importantes áreas de aplicação – computação pessoal (PCs, PDAs, calculadoras)– comunicações móveis– televisão digital– áudio digital– automóvel (ABS, air-bags, controlo do motor)– controlo industrial– simuladores– diversão– ...

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Evolução

• “melhoria” exponencial dos circuitos integrados– maior rapidez, menor tamanho e energia consumida – lei de Moore: cada 18 meses o tamanho reduz para metade

• gerações de computadores– sistemas electromecânicos (1944)– válvulas electrónicas (1946)

• ENIAC: 18000 válvulas, 140KW, 30 tons, 5000 somas/segundo

– transístores (1958)– circuitos integrados (1965)– microprocessador (1972)– circuitos integrados de alto nível de integração (VLSI)

• PC actual: 8000000000 adições por segundo, 140W, 3Kg


Dispositivos electrónicos primitivos

Uma válvula Memória feita com válvulas (IBM701, 1952)

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ENIAC (1946)


Dispositivos electrónicos

Transístor

Circuito integrado SSI(Small Scale Integration)dezenas de transístores Circuito integrado VLSI

(Very Large Scale Integration)milhões de transístores

0 10 20 mm

MSI, LSI

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Circuitos integrados

35 mm2

9 mm2

área de silício

0 10 20 mm


Circuitos integrados

densidade de integração: dezenas de milhões de transístores num chiprapidez: uma adição em 0.0000000005 s (0.5 ns)energia: poucos watts em trabalho, alguns mwatt em repouso

1.5µárea A

0.7µárea 0.22A

0.13µárea 0.0075A

0.35µárea 0.054A

área e “tamanho” do processo de fabrico

1992 2001 2003

0.09µárea 0.0036A

0.065µárea 0.0018A

2005/61994

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Um processador Pentium

1994 (processo 0.6µm)

Se fosse fabricado em 2006 (processo 0.065µm)

13mm

1.4mm


Um sistema electrónico

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Controlo digital de um depósito de água

electro-válvula

nível máximo

nível mínimo

sistemadigital

decontrolo

entradade água

saída de água

CHEIO

VAZIO

ABRE

Apenas é importante saber se foi atingidoou não o nível máximo ou o nível mínimo

Como escrever um programaque realize a função de controlodigital?

ABRE = 0;enquanto ligado

se VAZIO == 0ABRE = 1;

senão se ABRE == 1

se CHEIO == 1ABRE = 0;


Controlo analógico do depósito de água

bóia

entradade água

saída de água

válvula

O caudal de água varia de forma contínua com o nível de água no tanque

Qual é a relação entre o nível de água e o caudal que a válvula deixa entrar?Muito complexa!

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Digital vs. analógico

t

caudal digital

válvula abre válvula fecha

caudal máximo

caudal mínimo(zero)

t

caudal analógico

descarga

caudal máximo

caudal mínimo(zero)

enchimento

a subida do nivel da águavai fechando a válvula

bóia

entradade água

saída de água

válvula

electro-válvula

nível máximo

nível mínimo

sistemadigital

decontrolo

entradade água

saída de água

CHEIO

VAZIO

ABRE


Lâmpada ligada (1) e desligada (0)

t

220V

0V

180V

40V

240V

t

estado dalâmpada

lâmpada ligada (1)

lâmpada desligada (0)

estado indefinido

ligada

desligada

períodos de transição

0 1 10

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Zeros e uns

• Informação codificada em 2 estados: 0 e 1– “0” representado por tensões eléctricas baixas– “1” representado por tensões eléctricas altas

• Circuitos electrónicos digitais– construídos com interruptores (transístores)– Entendem as entradas como “0” ou “1”...– ... e produzem na saída zeros e uns

• representados por tensões eléctricas altas ou baixas


Texto

Um texto

em ASCII

85, 109, 32, 116, 101, 120, 116, 111, 13, 10101, 109, 32, 65, 83, 67, 73, 73

nova linha

códigos ASCII (em decimal)caracteres

ASCII - American Standard Code for Information Interchange

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Imagens

67 74 86

Um pixel

Maria Eugénia de Oliveira Botelho1921 105

20


Áudio

t

127

-127

63

31

95

0

-95

-31

-63

-19 32 87 94 80 14 -43...amplitude do sinal nos instantes de amostragem:

período de amostragem (125µs para fs=8KHz)

sinal analógicoamostraA

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Interface analógico-digital

A/ DV(t)

101100101100

D/ A

101100101100

V(t)

V( t)

t

127

63

0

-63

t

-127

A

sinal analógico original

127

63

0

-63

t

-127

A

t

V( t)

amostras do sinal

sinal analógico reconstruído

V( t)

t

sinal analógico: original e reconstruído

amostras do sinal


Áudio analógico

• Um disco de vinil

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Áudio digital


Mostradores com LEDs

abcdefg

ab

cd

e

fg

a=1

b=1c=0d=1e=1f=0

g=1

a=0b=1c=1

d=0e=0f=1

g=1

a=0

b=1c=1d=0e=0f=0

g=0

entradas

LEDs

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