LÓGICA DIGITALINTRODUÇÃO

Prof. André Rabelo

INTRODUÇÃO

� Um sistema pode ser definido como sendo umconjunto de elementos que são interligados dealguma maneira para compor um todo e assimrealizar funcionalidade específica.realizar funcionalidade específica.

INTRODUÇÃO

� Um sistema também possui uma função bemdefinida, a qual pode ser identificada a partirdas funcionalidades de seus componentes.

� Neste sentido, pode-se identificar dois� Neste sentido, pode-se identificar doisaspectos fundamentais em qualquer sistema:� ESTRUTURA

� COMPORTAMENTO

INTRODUÇÃO

� A ESTRUTURA reflete os componentes e comoeles estão interconectados

� O COMPORTAMENTO reflete a funcionalidade� O COMPORTAMENTO reflete a funcionalidadedo sistema

INTRODUÇÃO

� Sistemas em que o número de componentes é alto e/ou as inter-relações entre eles não são muito claras ou difíceis de serem estabelecidas e entendidas são ditos COMPLEXOS. No projeto e entendidas são ditos COMPLEXOS. No projeto de tais sistemas complexos, a identificação de alguma ordem ou regularidade é de extrema importância, o que normalmente requer uma abordagem estruturada e sistemática.

INTRODUÇÃO

� Dependendo de quais aspectos se estátentando identificar, deve-se usar um tipo derepresentação e um nível de abstraçãoadequados. Os três tipos mais comuns deadequados. Os três tipos mais comuns derepresentação são:� COMPORTAMENTAL

� ESTRUTURAL

� FÍSICO

REPRESENTAÇÃO COMPORTAMENTAL

� Captura o sistema como uma caixa preta e seconcentra na especificação do comportamentocomo uma função dos valores de entrada e otempo.tempo.

REPRESENTAÇÃO ESTRUTURAL

� Define a caixa preta como um conjunto decomponentes e suas interconexões.

� A representação estrutural especifica aimplementação do sistema sem qualquerimplementação do sistema sem qualquerreferência à sua funcionalidade.

REPRESENTAÇÃO FÍSICA

� Especifica as características físicas na caixapreta, indicando as dimensões e as posiçõesde cada componente e conexão existentes nadescrição estrutural do sistema.descrição estrutural do sistema.

PROJETO DE SISTEMAS

� Principalmente produtos eletrônicos em geral esistemas digitais em particular, consiste semprede pelo menos três fases, cada uma centrada emuma das representações de projeto:1. Derivar uma representação comportamental da1. Derivar uma representação comportamental da

funcionalidade do produto2. Converter esta representação para uma

representação estrutural contendo componentes deuma dada biblioteca de componentes

3. Produzir uma representação física que especificacomo montar e fabricar o produto

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Representações Numéricas� Lidamos constantemente com quantidades, não só na tecnologia como nas áreas de negócios, comércios, etc.Quantidades são medidas, monitoradas, gravadas, �Quantidades são medidas, monitoradas, gravadas, manipuladas, observadas e de certa forma utilizada na maioria dos sistemas

�Quando lidamos com diversas quantidades, é de suma importância saber representar seus valores de maneira eficiente e precisa.

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Representações Numéricas� Basicamente, existem duas formas de representação dos valores numéricos das quantidades: a analógicaanalógicaanalógicaanalógica e a digitaldigitaldigitaldigital.

� Representação AnalógicaRepresentação AnalógicaRepresentação AnalógicaRepresentação AnalógicaAnalogicamente, uma quantidade é representada por outra � Analogicamente, uma quantidade é representada por outra que é proporcional à primeira

� Variam continuamente dentro de uma faixa de valores

� Representação DigitalRepresentação DigitalRepresentação DigitalRepresentação Digital� As quantidades são representadas por símbolos chamados dígitos e não por valores proporcionais.

� A representação digital varia em passos discretos.

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

ANALÓGICA = CONTÍNUAANALÓGICA = CONTÍNUAANALÓGICA = CONTÍNUAANALÓGICA = CONTÍNUADIGITAL = DISCRETA(PASSO A PASSO)DIGITAL = DISCRETA(PASSO A PASSO)DIGITAL = DISCRETA(PASSO A PASSO)DIGITAL = DISCRETA(PASSO A PASSO)

Quais das seguintes proposições são quantidades digitais, e quais são Quais das seguintes proposições são quantidades digitais, e quais são Quais das seguintes proposições são quantidades digitais, e quais são Quais das seguintes proposições são quantidades digitais, e quais são analógicas?analógicas?analógicas?analógicas?

� Chave de 10 posiçõesChave de 10 posiçõesChave de 10 posiçõesChave de 10 posiçõesMedidor de correnteMedidor de correnteMedidor de correnteMedidor de correnteChave de 10 posiçõesChave de 10 posiçõesChave de 10 posiçõesChave de 10 posições

� Medidor de correnteMedidor de correnteMedidor de correnteMedidor de corrente� Sinal gerado por um interruptor ligaSinal gerado por um interruptor ligaSinal gerado por um interruptor ligaSinal gerado por um interruptor liga----desligadesligadesligadesliga� Marcador de combustível de um automóvelMarcador de combustível de um automóvelMarcador de combustível de um automóvelMarcador de combustível de um automóvel� DimmerDimmerDimmerDimmer de ventiladorde ventiladorde ventiladorde ventilador� TemperaturaTemperaturaTemperaturaTemperatura� Controle de volume de um rádioControle de volume de um rádioControle de volume de um rádioControle de volume de um rádio

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Sistemas Digitais e Analógicos� Um sistema digitalsistema digitalsistema digitalsistema digital resulta na combinação de dispositivos desenvolvidos para manipular quantidades físicas ou informações que são quantidades físicas ou informações que são representadas na forma digital

� Um sistema analógico sistema analógico sistema analógico sistema analógico é formado por dispositivos que manipulam quantidades físicas representadas sob forma analógica

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Vantagens dos Sistemas Digitais� São mais fáceis de projetar

�O armazenamento da informação é fácil

� Precisão e exatidão são maiores� Precisão e exatidão são maiores

� As operações podem ser programadas

� São menos afetados por ruídos

� São mais adequados a integração

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Qual a grande desvantagem dos sistemas digitais?

O MUNDO É PREDOMINANTEMENTE ANALÓGICO

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

� Para se tirar proveito das técnicas digitais quando lidamos com entradas e saídas analógicas, três etapas devem ser executadas:� Converter o “mundo real” das entradas analógicas � Converter o “mundo real” das entradas analógicas para a forma digital

� Processar(ou operar) a informação digital

� Converter as saídas digitais de volta para o mundo real, em sua forma analógica

SISTEMAS DIGITAIS X SISTEMAS ANALÓGICOS

Dispositivo de Medida

Conversor analógico-digital

Processamento digital

Temperatura(Analógico)

Analógico Digital

Digital

Conversor digital-analógico

Controlador

Analógico

Ajuste de Temperatura

Diagrama em blocos de um sistema de controle de temperatura que necessita de conversões analógico/digitais para que faça uso das técnicas de processamento digitais

SISTEMAS DIGITAIS - INTRODUÇÃO

� Um sistema digital pode ser definido como umconjunto de componentes interconectados queprocessam informações em forma digital oudiscreta.discreta.

� Na maioria dos sistemas digitais, oscomponentes básicos utilizados sãodispositivos eletrônicos chamados CIRCUITOSINTEGRADOS(CIs)

SISTEMAS DIGITAIS - INTRODUÇÃO

� Sistemas digitais modernos abrangem uma vastagama de graus de complexidade. Os componentesdisponíveis para a construção de sistemas digitaisvão desde chaves do tipo liga-desliga atécomputadores complexos.computadores complexos.

� Obviamente quanto mais componentes tem osistema mais complexo ele é e,consequentemente, mais difícil de entender seufuncionamento e de projetá-lo. Daí a importânciado uso de níveis de abstração.

NÍVEIS DE ABSTRAÇÃO

� Também conhecido como granularidade, écaracterizado pelo tipo de objetos utilizados narepresentação.

� Em geral, pode-se identificar quatro diferentestipos de objetos em um produto eletrônico:Em geral, pode-se identificar quatro diferentestipos de objetos em um produto eletrônico:� Transistores� Portas�Registradores� Processadores

NÍVEIS DE ABSTRAÇÃO

NívelNívelNívelNível ComportamentoComportamentoComportamentoComportamento EstruturaEstruturaEstruturaEstrutura FísicoFísicoFísicoFísico

Transistor Equações diferenciais, diagramas corrente-voltagem

Transistores, Resistores, capacitores

Células analógicas e Digitais

Portas Equações Booleanas, máquinas de estado

Portas lógicas, Flip-flops

Módulos, unidadesmáquinas de estado finitas(FSM)

Flip-flops

Registradores Algoritmos, flowcharts, conjunto de instruções, generalizações de FSMs

Somadores, comparadores, contadores,registradores

Micro circuitos

Processador Especificação executável, programas

Processadores,controladores, ASICs

Placas de circuitoimpresso, módulos multicircuitos

COMPONENTES

Transistores, Transistores, Transistores, Transistores, resistores, capacitoresresistores, capacitoresresistores, capacitoresresistores, capacitores

PortasPortasPortasPortas lógicaslógicaslógicaslógicas RegistradoresRegistradoresRegistradoresRegistradores ProcessadorProcessadorProcessadorProcessador

NÍVEL DE TRANSISTORES

� Combinados para formar circuitos analógicos e digitais que realizam um dada funcionalidade

� A representação física destes circuitos, � A representação física destes circuitos, denominados células, podem consistir de componentes do nível de transistores e as conexões que os interconectam

NÍVEL DE PORTAS

� Portas lógicas são circuitos especiais queimplementam operações Booleanas, tais como Eou OU.

� Um flip-flop é um elemento básico de memória� Um flip-flop é um elemento básico de memóriaque é capaz de armazenar um bit de informação,podendo assumir o valor 0(falso) ou 1(verdadeiro).

� Portas e flip-flops são células digitais que podemser agrupadas para formar módulos ou unidadesaritméticas e de memória.

NÍVEL DE PORTAS

� Os módulos são utilizados como componentesbásicos no nível de registradores.

� O comportamento de cada módulo pode ser� O comportamento de cada módulo pode serdescrito com o uso de equações Booleanas ediagramas de máquinas de estadosfinitas(Finite State Machines – FSMs)

NÍVEL DE REGISTRADORES

� Seus principais componentes são unidadesaritméticas e de memória, tais como,somadores, comparadores, multiplicadores,contadores, registradores, bancos deregistradores, filas, etc.registradores, filas, etc.

� Cada um destes componentes é um módulocom dimensões fixas, um atraso depropagação e um conjunto de posições(fixas)para as entradas e saídas o módulo

NÍVEL DE REGISTRADORES

� Estes componentes do nível de registradorespodem ser montados e interconectados emmicro circuitos, que podem ser usados comocomponentes básicos neste nível de abstraçãocomponentes básicos neste nível de abstração

� Usualmente, estes micro circuitos são descritospor fluxogramas, conjuntos de instruções,diagramas de FSMs ou tabelas de estado.

NÍVEL DE PROCESSADOR

� Tem como componentes básicos: processadores, memórias, controladores e interfaces.

� Possuem também circuitos de aplicação específica(Application Specifc Integrated Circuits – ASICs)

� NA PRÓXIMA AULA:

SISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAISSISTEMAS NUMÉRICOS DIGITAIS