Organización del Computador 1 Lógica Digital 2 Circuitos y memorias.

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1 Organización del Computador 1 Lógica Digital 2 Circuitos y memorias

2  Circuitos combinatorios  Funciones Booleanas El resultado depende sólo de las entradas El resultado depende sólo de las entradas  También necesitamos circuitos que puedan “recordar” su estado y que actúen según su estado y las entradas Memorias, contadores, etc. Memorias, contadores, etc.  Estos circuitos de los denominan “Secuenciales” Circuitos Secuenciales

3  En general, necesitamos una forma de ordenar los diferentes eventos que producen cambios de estados  Para esto usamos relojes Un “reloj” (clock) es un circuito capaz de producir señales eléctricas de oscilantes, con una frecuencia uniforme Un “reloj” (clock) es un circuito capaz de producir señales eléctricas de oscilantes, con una frecuencia uniforme Relojes

4  Los cambios de estado se producen en cada tick de reloj  Estos cambios pueden producirse cuando se produce un cambio de flanco (ascendente o descendente) o por un cambio nivel (alto o bajo) Cambios de estado

5  Para retener sus valores, los circuitos secuenciales recurren a la realimentación.  La realimentación se produce cuando una salida se conecta a una entrada.  Ejemplo simple:. Si Q es 0 siempre será, si es 1, siempre será 1, porqué? Si Q es 0 siempre será, si es 1, siempre será 1, porqué? Realimentación

6  Uno de los circuitos secuenciales más básicos es el flip-flop SR. “SR” por set/reset. “SR” por set/reset.  Circuito lógico y diagrama en bloque de un flip- flop SR: Flip-Flops

7  La tabla característica describe el comportamiento del flip-flop SR.  Q(t) es el valor de la salida al tiempo t. Q(t+1) es el valor de Q en el próximo ciclo de clock. Flip-Flops

8  El flip-flop SR tiene en realidad 3 entradas: S, R, y su salida corriente, Q(t).  Note los dos valores indefinidos, cuando las entradas S y R son 1, el flip- flop es inestable. Flip-Flops

9  Si aseguramos que las entradas al SR no estarán nunca las dos en 1, el circuito se volvería estable.  Es posible realizar esta modificación: El flip-flop modificado se denomina JK. - “JK” en honor de Jack Kilby (inventor del circuito integrado). Flip-Flop JK

10  A la derecha podemos ver el circuito lógico de flip-flop SR modificado.  La tabla característica indica que es estable para cualquier combinación de sus entradas. Flip-Flop JK

11  Otra modificación al flip-flop SR es el denominado flip-flop D.  Note que retiene el valor de la entrada al pulso de clock, hasta que cambia dicha entrada, pero al próximo pulso de clock. Flip-Flop D

12  El flip-flop D es el circuito fundamental (celda) de la memoria de una computadora. Flip-Flop D

13  Registro de 4 bits compuesto por 4 flip-flops D. Registros

14  Un contador binario es otro ejemplo de circuito secuencial.  El bit de menor orden se complementa a cada pulso de clock.  Cualquier cambio de 0 a 1, produce el próximo bit complementado, y así siguiendo a los otros flip-flops. Contadores

15 Diseño de circuitos  Los circuitos digitales se pueden ver desde dos puntos de vista: análisis digital y síntesis digital. El Análisis Digital explora la relación entre las entradas a un circuito y sus salidas. El Análisis Digital explora la relación entre las entradas a un circuito y sus salidas. La Síntesis Digital crea diagramas lógicos utilizando los valores expresados en una tabla de verdad. La Síntesis Digital crea diagramas lógicos utilizando los valores expresados en una tabla de verdad.  Los diseñadores de circuitos digitales deben tener en cuenta el comportamiento físico de los circuitos electrónicos, es decir existen retardos de propagación, los cuales pueden incidir cuando las señales toman distintos caminos, en la tabla de verdad de todo el sistema.

16 Los circuitos sincrónicos funcionan sobre la base del tiempo. Es decir, las salidas dependen no sólo de las entradas. Sino del estado en que estaban las salidas y del tiempo. Circuitos sincrónicos

17 Flip-flop RS S Q Q RSRQ00? 01? 10? 11?

18 S Q Q RSRQ001 011 100 11Q

19 S Q Q RSRQQ0011 0110 1001 11QQ

20 S Q Q RSRQQ0011 0110 1001 11QQ FF set reset

21 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1SRQ001 011 100 11Q S Q Q R FF S Q R Ejercicio:Encontrar Q para las señales R, S dadas t

22 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1SRQ001 011 100 11Q S Q Q R FF S Q R Ejercicio:Encontrar Q para las señales R, S dadas t

23 Flip-flop RS síncrono S Q Q R CKCKSRQ00Q 010 101 111

24 Flip-flop RS síncrono CKCKSRQ00Q 010 101 111 S Q Q R FF set reset clock

25 S Q R Ejercicio:Encontrar Q para las señales R, S dadas usando FF RS síncrono tCKSRQ00Q 010 101 111 CK S Q Q R FF CK

26 S Q R Ejercicio:Encontrar Q para las señales R, S dadas usando FF RS síncrono tCKSRQ00Q 010 101 111 CK S Q Q R FF CK

27 Flip-flop D CK S Q Q R FF data clock DCKDQ00 11 Sin clock la salida no cambia

28 Flip-flop D CK D Q Q data clock PR CLRPRCLRCKDQ01XX1 10XX0 1111 1100 110XQ

29 Flip-flop JK CK J Q Q K data clockCKJKQ00Q 010 101 11Q 0XXQ

30 Contador de 4 bits basado en Flip-Flop JK CK J Q K 1 1 J Q K 1 1 J Q K 1 1 J Q K 1 1 LSB MSB

31 Registro de corrimiento basado en Flip-Flops D CK D Q data CK D Q D Q D Q

32 Celda de memoria entrada salida leer/escribir (1/0) seleccionar S R Q Celda de memoria

33 entrada salida leer/escribir (1/0) seleccionar S R Q Celda de memoria BC entrada seleccionar salida leer/escribir (1/0)

34 BC Dato de entrada (3 bits) Dato de salida leer/escribir Entrada de selección de memoria Decoder 2×4 D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 A0A0 A1A1 Unidad de memoria de 4 × 3 bits Unidad de memoria de 4 x 3 bits

35 Unidad de memoria RAM

36

37 Celda de memoria RAM

38 IN OUT EN = 0 IN OUT EN = 1 Esquema eléctrico EN: enable IN: input OUT: output Buffer de 3 estados

39 EN: enable IN: input OUT: output Diagrama Tabla de verdad Buffer de 3 estados

40 Diagrama Tabla de verdad Buffer de 3 estados

41 RAM de 16 x 1 bit

42 RAM de 16 x 1 bit usando celdas de 4 x 4

43 Chip 64 x 8 RAM RAM de 64K x 8 bits

44 RAM de 256K 4 chips 64K x 8

45 RAM de 64K x 16 utilizando 2 chips de 64K x 8

46 Memoria ROM (read only memory)

47 Lógica interna de una ROM

48 Tabla de verdad ROM 32 x 8

49 Programación de ROM 32 x 8