Upload
lamngoc
View
217
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
05/06/2017
1
AULA 09 –REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO
(SHIFT-REGISTERS)
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
ELETRÔNICA DIGITAL - ET75C - Profª Elisabete N Moraes
Em 02 de junho de 2017.
ESTRUTURA BÁSICA COMPUTADOR
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
2
05/06/2017
2
APRESENTAÇÃO REGISTRADORES
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
3
A vantagem de um registrador frente a
uma posição de memória é a versatilidade
de movimentação de bits.
• Em um registrador de aspecto geral, tem-
se a capacidade de:
– deslocar tanto para a direita como para
esquerda;
– entrada e saída paralela;
– “setar” e “resetar” bit
Créditos: http://www.dicaeinformatica.com.br/informatica-para-concurso-publico-nocoes-de-hardware/
Um registrador é um local interno à CPU, onde os dados que foram buscados na
memória são armazenados.
• O registrador é um circuito lógico que tem a finalidade de reter a curto prazo um
conjunto de bits.
• Os acumuladores (A) são os registradores que armazenam os resultados de uma
operação aritmética [4].
APRESENTAÇÃO REGISTRADORES
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
4
A função da memória é a de armazenar dados destinados a serem, em algum
momento, utilizados pelo processador (MONTEIRO, 2007).
O processador busca dados e instruções de onde estiverem armazenadas e os
deposita temporariamente em seu interior para que possa realizar as operações
solicitadas utilizando seus demais componentes (seria análogo à função memória de
uma calculadora).
Os dispositivos denominados registradores são os locais onde esse conteúdo fica
armazenado, sendo destinados também para o armazenamento de instruções,
endereços entre outras finalidades [3].
Assim, o conceito de registrador surgiu da necessidade do processador de armazenar
temporariamente dados intermediários durante um processamento.
Por exemplo, quando um dado resultado de operação precisa ser armazenado até
que o resultado de uma busca da memória esteja disponível para com ele realizar
uma nova operação {1}.
05/06/2017
3
EXEMPLO DE UMA INSTRUÇÃO MIPS
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
5
add a , b , cSoma da variável b e c e
coloca o resultado em a.
operandos
Supondo que deseja-se colocar a soma das variáveis b, c, d e e na variável a.
a= b+c+d+e
A sequência de instruções para a realização desta soma.
Quanto mais
simples
melhor!
add a , b , c #a soma b+c é colocada em a
add a , a , d #a soma b+c+d é colocada em a
add a , a , e #a soma b+c+d+e é colocada em a
Número
reduzido de
operandos
Mnemônico:
representação
simbólica
FORMATO DE UMA INSTRUÇÃO PARA UMA
CPU SIMPLES
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
6Créditos: http://www.manmrk.net/tutorials/assembly/aoa/DigitalDesigna4.html
Instruction (opcode) Format
S=SOURCE
D=DESTINY
05/06/2017
4
BIG X LITTLE ENDIAN
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
7
Créditos: By R. S. Shaw - Own work, Public Domain,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2974661
Denota a forma de entrada para um sistema de dados de encomenda na memória de um
computador em que o mais significativo (big-endian) ou menos significativo (little-endian)
byte é colocada em primeiro lugar.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DA
CONTEXTUALIZAÇÃO
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
8
1. Organização e Arquitetura de Computadores. Eliane Mª de Bortoli Fávero. Disponível em
http://redeetec.mec.gov.br/images/stories/pdf/eixo_infor_comun/tec_inf/081112_org
_arq_comp.pdf. Acessado em 2Jun16.
2. PATTERSON, David A.; HENNESSY, John L. Organização e projeto de computadores:
interface hardware/software. 2014.
3. http://www.di.ufpb.br/raimundo/Hierarquia/Registradores.html. Acessado em 4 jun 16.
4. http://usuarios.upf.br/~appel/arquiI/registradores.pdf. Acessado em 4 jun 16.
5. http://entendendoti.blogspot.com.br/2011/06/registradores-da-cpu.html. Acessado
em 4 jun 16.
6. http://www.numaboa.com.br/informatica/queisso/521-registradores. Acessado em 4
jun 16.
05/06/2017
5
INTRODUÇÃO
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
9
Os registradores de deslocamento consistem de arranjos de flip-flops e são importantes em
aplicações que envolvem o armazenamento e a transferência de dados em sistemas digitais.
Um registrador, diferentemente de um contador não tem uma sequência de estados
específica, exceto em certas aplicações muito especializadas.
Um registrador, em geral, é usado somente para armazenamento e deslocamento de dados
(1s e 0s) recebidos de uma fonte externa e normalmente não possui características internas
de sequência de estados.
Floyd Cap. 9
Tocci
REGISTRADORES-DESLOCAMENTO DADOS
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
10
05/06/2017
6
REGISTRADORES DE DESLOCAMENTO
(SHIFT REGISTERS - SR)
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
11
Circuitos eletrônicos que permitem o armazenamento temporário de dados
envolvidos em processos de leitura, transferência ou processamento de bits por
circuitos associados. Realizam o deslocamento de uma posição os elementos de
um vetor de bits, em cada ciclo de relógio.
Basicamente, são constituídos por flip-flops do mesmo tipo que possuem entrada
e saída de dados e com as mesmas entradas de controle. Podendo ser abstraído
como um único FF com maior capacidade de armazenamento.
Normalmente o número de bits armazenáveis em um registrador é limitado, sendo
o que o diferencia de uma memória, cuja capacidade é bem maior. São usados em
circuitos de interface para a conversão série ↔ paralelo.
Configurações básicas:
1. Entrada série e saída série (SISO)
2. Entrada paralela e saída paralela (PIPO)
3. Entrada série e saída paralela (SIPO)
4. Entrada paralela saída série (PISO)
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica-digital/102-licao-11-como-funcionam-os-registradores-de-deslocamento-shift-registers
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
12
Bit injetado Descida(s )
do clock
D1 Q1=
D2
Q2=
D3
Q3=
D4
Q4
D Q
0 0
1 1
I0 = 0 1ª 0 0 0 0 0
I1 = 1 2ª 1 0 0 0 0
I2 = 0 3ª 0 1 0 0 0
I3 = 1 4ª 1 0 1 0 0
I0 = 0 5ª 0 1 0 1 0
I1 = 0 6ª 0 0 1 0 1
I2 = 0 7ª 0 0 0 1 0
I3 = 0 8ª 0 0 0 0 1
0
1 0
0 1 0
1 0 1 0
ENTRADA SÉRIE E SAÍDA SÉRIE
No 4º clock a
entrada 1010 está
armazenada.
1 0 1 0
05/06/2017
7
ENTRADA PARARELA E SAÍDA PARALELA
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
13
Q
S
R
Q
D Q
S
R
Q
D Q
S
R
Q
D Q
S
R
Q
D
CK
IN IN IN INPa Pb Pc Pd
Qa Qb Qc Qd
PR
CL
Barramento de saída
Barramento de entrada
__
__
• Um registrador de deslocamento com entrada série e saída paralela
possui uma saída para cada bit armazenado, colocando-os disponíveis de Q1
até Qn.
• Os registradores deste tipo são utilizados para efetuar conversões de série
para paralelo.
ENTRADA SÉRIE E SAÍDA PARALELA
05/06/2017
8
• Um registrador de deslocamento com entradas paralelas e saída série
proporciona a conversão de uma informação paralela para serial. São os
chamados conversores paralelo serial.
ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE
ANÁLISE OPERAÇÃO CÉLULA DO //SÉRIE
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
16
Quando habilita=0 as entrada PRN do FF não é ativada, não ocorre nenhuma alteração.
0
0
1
0
Inicialmente CLRN = 0
0
05/06/2017
9
ANÁLISE DE UMA CÉLULA DO PARALELO-SÉRIE
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
17
Quando habilita=1 a entrada PRN do FF é uma função da entrada do dado paralelo-E3.
1
1
1
0
Se E3=0 saída assume o valor lógico 0
0
0
0
0
ANÁLISE DE UMA CÉLULA DO PARALELO-SÉRIE
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
18
Quando habilita=1 as entrada PRN do FF é uma função da entrada do dado paralelo-E3.
1
1
0
1
Se E3=0 saída assume o valor lógico 0
1
1
0
1
Se E3=1 saída assume o valor lógico 1
05/06/2017
10
• Converter o dado “1011” para serial
Passos:
1) Fazer CLRN = ‘0’ => Zera todas as saídas dos Flip-Flops
ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE-ANÁLISE
0
0
0 0 0
10
1
1
2) Fazer CLRN = ‘1’
3) Fazer habilita = ‘1’
4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’
5) Fazer habilita = ‘0’
ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE-ANÁLISE
0
0
0 0 0
10
1
1
1
11 1 1
05/06/2017
11
2) Fazer CLRN = ‘1’
3) Fazer habilita = ‘1’
4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’
5) Fazer habilita = ‘0’
ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE-ANÁLISE
0 0 0 0
10
1
1
1
1 1 1 11
1 0 1 1
2) Fazer CLRN = ‘1’
3) Fazer habilita = ‘1’
4) Fazer E3 = ‘1’ ; E2 = ‘0’; E1 = ‘1’ e E0 = ‘1’
5) Fazer habilita = ‘0’
ENTRADA PARALELA E SAÍDA SÉRIE
10
1
1
1
1 1 10 0 0 110
0
1 0 1 1
05/06/2017
12
REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO PARA OPERAR COMO DIVISOR POR 2
ES
CK
Q3 Q2 Q1 Q0
I3 I2 I1 I0
Se a informação I0, I1, I2 e I3 for um número binário, ao ser deslocada uma casa à
direita e na entrada série (ES) é colocado nível lógico “0”, tem-se a seguinte situação:
Shift Register
ES
CK
Q3 Q2 Q1 Q0
1 0 1 0 I=1010 (2)= 10 (10)
0
I=0101 (2) = 5 (10)
Shift Right (SR)
02-Jun-17Aula 09 - Registradores de deslocamento
23
1 0 1 00
Qanterior
Qatual
REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO PARA OPERAR COMO MULTIPLICADOR POR 2
Se a informação I0, I1, I2 e I3 for um número binário, ao ser deslocada uma casa à
esquerda e levando a saída Q0 em nível lógico “0”, tem-se a seguinte situação:
ES
CK
Q3 Q2 Q1 Q0
0 0 0 1
I=0001 (2) = 1 (10)
0 I=0010 (2) = 2 (10)
Shift Left
02-Jun-17Aula 09 - Registradores de deslocamento
24
0 0 0 1
Qanterior
Qatual
05/06/2017
13
EXERCÍCIOS – FLOYD P. 514Obter a saída de cada FF .
02-Jun-17Aula 09 - Registradores de deslocamento
25
EXERCÍCIOS – FLOYD P. 514
02-Jun-17Aula 09 - Registradores de deslocamento
26
05/06/2017
14
CIRCUITOS MULTIVIBRADORES
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
27
Tocci, seção 5.24.
Créditos: Prof. Hamilton Savi
Circuitos cuja saída varia entre dois estados.
São empregados como osciladores ou circuitos modificadores de sinais:
✓ Biestáveispossuem dois estados estáveis e são exemplificados pelos FFs.
✓Monoestáveis possuem um estado estável, no qual podem permanecer
indefinidamente e, um estado quase estável, em que permanece por um intervalo de
tempo predefinido que passado algum tempo regressa ao estado inicial. Uso como
gerador de pulso. Ex: minuteria.
✓Astáveis não possuem estados estáveis, por isso a saída oscila indefinidamente
entre dois estados possíveis, com uma frequência determinada.
Vout
T
Vout
Créditos: Prof. Hamilton Savi
Tocci, seção 5.24.
http://pessoal.utfpr.edu.br/celiacristina/arquivos/clock.pdf
www.sabereletronica.com.br/artigos/2803-10-projetos-prticos-de-osciladores
CIRCUITOS GERADORES DE CLOCK
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
28
Circuitos que produzem o sinal que ativa o clock de circuitos síncronos. Oscilam entre
dois estados instáveis, portando são multivibradores astáveis.
• Oscilador Schimitt-Trigger (ST)
• CI Temporizador 555
• Cristais de quartzo
O ST e o 555 são limitados, pois dependem de componentes elétricos e
eletrônicos que alteram o seu valor com o envelhecimento, temperatura, com
limitações sobre a faixa de frequência a ser gerada.
Para essas aplicações que exigem estabilidade e precisão os cristais de quartzo
são os mais indicados.
05/06/2017
15
OSCILADOR DE ONDA QUADRADA ST-7414
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
29
Devido à sua curva de histerese e também por aceitar tensões de entrada variáveis,
um inversor Schimitt-Trigger pode ser usado para implementar um circuito astável.
Créditos: Prof. Hamilton Savi
R
C
Frequência em função do R e C, conforme datasheet do fabricante do CI.
CI f (Hz)
7414 0.8/RC, R 500
74LS14 0.8/RC, R 2k
74HC14 1.2/RC, R 10M
CRISTAIS OSCILADORES
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
30
Quando certos cristais são comprimidos ou expandidos em direções específicas, os
mesmos geram cargas em suas superfícies. Este fenômenos é chamado de efeito
piezoelétrico.
Os cristais mais adequados para a finalidade em questão são o quartzo, sal de Rochelle
e a Turmalina, sendo o quartzo é o mais usado devido ao baixo custo, robustez mecânica
e pouca variação da frequência em função da temperatura. A faixa de frequência
compreende desde 1kHz a 200MHz.
Os cristais de quartzo são estruturas em que os átomos se dispõem de uma forma
ordenada que se repete em toda a sua extensão. Assim, forma-se uma espécie de
rede de átomos com uma disposição totalmente ordenada em toda sua extensão
Ao ser excitado o cristal ressoa/vibra alguns milhões de vezes por segundo, com
elevada precisão.
http://www.jdbte.com.br/wjrteleco/cristal%201.pdf
05/06/2017
16
GERADOR DE CLOCK A CRISTAL
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
31
CRISTAL X OSCILADOR A CRISTAL
Um cristal sozinho não pode entrar em vibração espontaneamente. A excitação que
coloca um cristal em oscilação e depois mantém esta oscilação é obtida por meio de um
circuito especial. Este circuito é um amplificador que tem um elo de realimentação e ao
conjunto assim obtido denomina-se "oscilador a cristal”.
Circuitos RC não são precisos ou estáveis (temperatura, vida útil), desta forma
geradores utiliza-se geradores a cristal de quartzo para esta finalidade.
CI 555
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
32
CI versátil usado em todas as áreas de eletrônica,
para produzir atrasos de tempo ou oscilações. O
tempo é controlado precisamente por um capacitor
e resistor externos. Usado como Astável,
Monoestável ou Schmitt Trigger.
•alimentação 5 a18V
•corrente de saída compatível
com TTL (alimentação 5V)200mA
•temporização mínima 10(s)
•temporização máxima 5(minutos)
•período máximo 1400(s)
•frequência máxima 70(kHz)
1=terraterminal negativo da tensão de alimentação
2=disparotambém chamado de “trigger” , é a entrada do comparador inferior, é usado para levar a saída ao nível alto.O
disparo é realizado quando a tensão neste terminal cair abaixo de 1/3 Vcc, ou metade da tensão de controle.
3=saída é o terminal de saída do circuito, seu nível de tensão quando ativado é igual a Vcc
4=reseto aterramento deste terminal, interrompe o ciclo do tempo, quando não utilizado, deve ser ligado a Vcc
5=tensão de referência ou controle este terminal dá acesso direto ao ponto de 2/3 de Vcc, que é o nível de referência do
comparador superior.Aplicando-se uma tensão externa a este ponto, alteram-se as tensões de limiar e de disparo.Quando
não utilizado, deve ser conectado a um capacitor de nF para massa.
6=tensão de limiaro ciclo termina, ou seja, a saída é desligada, assim que a tensão deste terminal atinge 2/3 Vcc, ou a
tensão do terminal 5
7=descargaconectado à massa por um transistor operando em saturação,quando a saída estiver em nível baixo, e é
isolado da massa, quando o transistor está cortado, em nível alto.Desta forma controla-se a carga e descarga do capacitor
externo de temporização
8=+Vcc terminal positivo da alimentação, 5 a 18V.
05/06/2017
17
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
33
555 COMO MONOESTÁVEL
CI temporizador 555 como monoestável
A duração do estado instável é calculada por:
Ti =1,1.R2.C
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
34
555 COMO ASTÁVEL
TH
Vout
Os tempos alto ( TH ) e baixo ( TL ) são calculados por :
TH = 0,69.( RA + RB ).C
TL = 0,69.RB.C
TL
05/06/2017
18
EXERCÍCIO TOCCI
Aula 09 - Registradores de deslocamento 02-Jun-17
35
Calcule a frequência e a taxa de ciclo da saída do multivibrador astável 555 para
C=0,001uF, RA=2k2ohms e RB=100kohms. Taxa de ciclo duty cycle