SD 14 - Registos - Autenticação 14... · Usando multiplexadores ... multiplexador à entrada D de cada flip-flop que permite seleccionar a entrada a memorizar ou o estado actual

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Mário Serafim Nunes Guilherme Silva Arroz

Registos


  Registos básicos   Sinais de controlo de registos   Registos de deslocamento   Sinais de estado de registos   Interligação de registos

  Usando multiplexadores   Usando Barramentos tri-state

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Sistemas Digitais - Taguspark

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  Tal como uma báscula permite memorizar 1 bit, um registo básico é um circuito sequencial síncrono que permite memorizar n bits, usando n básculas.

  O registo permite tratar esse conjunto de bits como um todo e não apenas bit a bit

  Torna-se possível manipular a informação constituída por um determinado número (fixo) de bits, isto é, de uma palavra que é tratada como uma unidade básica de informação

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  As básculas que constituem um registo podem ser de qualquer tipo.

  É, no entanto, comum construir os registos com flip-flops D ou, por vezes com latches D.

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Flip-flops D edge-triggered

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  Símbolos do circuito anterior

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  Como se referiu este tipo de registos – os mais básicos – podem ser realizados, quer com flip-flops, quer com latches.

  Há que ter em conta que o comportamento é diferente e, naturalmente, as aplicações também.

  Os registos com latches exibem o fenómeno da transparência.

  Nos registos mais complexos já não é possível usar latches.

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  É interessante observar um diagrama temporal que ilustra o funcionamento do registo em resposta a uma sequência de entradas.

  No próximo slide ilustra-se um diagrama temporal clássico e um em que se prescinde da análise detalhada linha a linha para melhorar a compreensão global, ilustrando directamente os barramentos.

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Diagrama temporal exemplificativo

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Diagrama temporal exemplificativo usando agora uma representação mais condensada, pela utilização explícita dos barramentos


  Uma hipótese interessante é a inclusão de uma linha de controlo que permite, recebido um impulso de relógio (CLK) que o registo memorize as suas entradas ou mantenha o seu conteúdo.

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  O “truque” como se vê é a inclusão de um multiplexador à entrada D de cada flip-flop que permite seleccionar a entrada a memorizar ou o estado actual do flip-flop.

  Símbolo de um registo deste tipo

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  Uma outra variante comum deste tipo de registos é a inclusão de uma linha de Clear que “limpa” o registo, isto é o coloca com conteúdo 0. Neste caso a linha é síncrona.

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  A linha de Clear pode também ser assíncrona se utilizar as entradas directas dos flip-flops.

  Claro que estas diversas linhas podem ser incluídas no mesmo registo.

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  O registo de deslocamento, na sua versão mais básica, trata-se de um registo cuja entrada de dados é feita por uma entrada série, bit a bit, em vez de ser feita em paralelo.

  Para carregar o registo, os bits têm que ser sucessivamente carregados e deslocados dentro do circuito até chegarem à “posição pretendida”.

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  Exemplo básico

  Note-se que aqui já não é possível usar latches. Porquê?

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  Símbolos

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  Os registos de deslocamento têm inúmeras aplicações

  Basta, por exemplo, lembrar que   um deslocamento para a direita equivale à divisão

inteira por 2 de um número   um deslocamento para a esquerda equivale a

multiplicar por 2 um número   Em ambos os casos há que ter cuidado nos

detalhes se o número for um número com sinal.   Outras aplicações estão ligadas ao facto de a

informação ser, em geral, transmitida em série.

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  Claro que é possível combinar as funcionalidades de um registo de deslocamento com as de um registo de carregamento paralelo, conduzindo a registos com mais funcionalidades.

  Um exemplo clássico é o do chamado registo de deslocamento universal com 4 modos:   mantém o conteúdo   desloca para a direita   desloca para a esquerda   carrega em paralelo

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  O circuito, que tem alguma complexidade, é o seguinte

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  Repare-se no detalhe que:   S1S0=00 – mantém-se o

estado (carrega-se o próprio)   S1S0=01 – deslocamento à

esquerda (carrega-se o estado da báscula à direita)

  S1S0=10 – deslocamento à direita (carrega-se o estado da báscula à esquerda)

  S1S0=11 – carregamento paralelo (carrega-se a entrada exterior)

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Da báscula à direita

S1S0

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  Símbolo geral e símbolos do 74HCT194

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  Um aspecto que convém ter em conta é o de que um contador pode ser visto como um registo com algumas funcionalidades suplementares.

  Ter essa visão dá a capacidade de integrar os dois tipos de circuito à medida das necessidades de um dado projecto.

  E permite ter uma melhor compreensão de algumas características específicas de cada circuito concreto.

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  É útil, por vezes, em registos e contadores ter saídas que dão informação sobre o estado do registo ou do contador.

  Como se verá em Arquitectura de Computadores, esse tipo de sinais é extremamente útil para o controlo de execução de tarefas.

  Um exemplo visto na aula de contadores é o detector de estado final de contagem.

  Outro exemplo interessante é a detecção que o conteúdo de um registo é 0.

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  O circuito seguinte ilustra precisamente um registo com uma saída detectora de 0. Claro que uma solução idêntica podia ser implementada num contador.

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  A transferência de informação entre registos é uma das operações mais comuns nos processadores.

  Como tal, a arquitectura da interligação entre registos torna-se crucial para garantir simultaneamente soluções eficazes e simples.

  Apenas se irá considerar a cópia de valores entre registos. Em geral, haverá algum tipo de processamento destes valores antes de estes serem de novo guardados em registos.

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  Estudar-se-ão duas arquitecturas distintas com características opostas. Há muitas soluções concretas que combinam características das duas arquitecturas.

  Interligação usando multiplexadores   Interliçação usando barramentos tri-state

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  Assume-se a existência de r registos de n bits.   Objectivo: conseguir trocar informação entre

vários registos simultaneamente.   Em cada impulso de relógio, cada registo pode

receber informação de qualquer outro registo.   Um modo de seleccionar o valor a carregar

para um registo é utilizar n multiplexadores à entrada de cada registo com r entradas ligados aos outros registos (incluindo eventualmente a si próprio)

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  Veja-se o circuito para três registos sem possibilidade de auto-carregamento.

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  Repare-se nas vantagens: Há capacidade para se verificarem tantas transferências simultâneas quantos os registos presentes. Há, portanto, grande flexibilidade.

  E nos inconvenientes: Usa-se muito material. Se se aumentar o número de registos ou o número de bits por registo, a solução pode rapidamente ser inviável.

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  Uma primeira forma de simplificar este sistema é usar apenas um barramento que pode ser alimentado por qualquer registo mas que alimenta todos os outros:

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  Esta solução perde flexibilidade porque agora já só se consegue fazer uma transferência de cada vez mas torna o circuito muito mais simples.

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  Antes de avançar com outra solução estudemos um novo componente: O buffer tri-state.

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Símbolo de saída tri-state

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  Há duas aplicações fundamentais para os buffers tri-state: Por um lado, permitem interligar um de vários sinais a uma dada linha, isto é fazer uma multiplexagem e por outro potenciam a utilização de linhas bidireccionais.

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  Como é fácil de observar na figura, quando Sel = 0, a saída O = I0. No caso em que Sel = 1, vem O = I1.

  Estamos perante um multiplexador que pode ser alargado a mais entradas.

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  Neste logigrama é possível observar que existem duas linhas que ligam duas entidades que se encontram, uma, à direita e, outra, à esquerda.

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  Se DIR = 1 há um caminho aberto de Oe até Id.

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1 0

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  Se DIR = 0 há um caminho aberto de Od até Ie.   Em aplicações típicas o número de linhas de

dados é muito maior. Um barramento deste tipo é um barramento bidireccional ou tri-state.

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  É agora fácil, partindo de registos com saídas tri-state, uma arquitectura de interligação de registos de grande simplicidade.

  Repare-se que se podem acrescentar mais registos sem adicionar complexidade.

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Tipicamente estas linhas vêm de um descodificador de origem e outro de destino

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  Como se disse estamos perante duas soluções extremas. A interligação com multiplexadores é a mais flexível funcionalmente mas a mais complexa de implementar.

  A solução usando um barramento bidireccional limita o número de trocas a uma, comprometendo a flexibilidade do circuito mas é de extrema simplicidade.

  Há soluções intermédias que podem ser usadas na resolução de casos concretos.

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  Livro recomendado, Secções 6.5 e 6.7   Existem muitos livros com capítulos sobre o

assunto.   A Internet é, como de costume, uma fonte que,

explorada com espírito crítico, tem muito para dar.

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