Componentes Digitales Estructurados

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Contenido Introducci´ on Registros Multiplexores Codificadores y Decodificadores Archivo de Registros Unidades Aritm´ eticas Memorias Componentes Digitales Estructurados Prof. Rodrigo Araya E. [email protected] Universidad T´ ecnica Federico Santa Mar´ ıa Departamento de Inform´ atica Valpara´ ıso, 1 er Semestre 2006 RAE Componentes Digitales Estructurados

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RegistrosMultiplexores

Codificadores y DecodificadoresArchivo de RegistrosUnidades Aritmeticas

Memorias

Componentes Digitales Estructurados

Prof. Rodrigo Araya [email protected]

Universidad Tecnica Federico Santa MarıaDepartamento de Informatica

Valparaıso, 1er Semestre 2006

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RegistrosMultiplexores

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Memorias

1 Introduccion

2 Registros

3 Multiplexores

4 Codificadores y Decodificadores

5 Archivo de Registros

6 Unidades Aritmeticas

7 Memorias

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Introduccion

Los Componentes Digitales Estructurados se construyen apartir de unidades mas simples y pequenas, denominadascomponentes atomicos.

Los componentes atomicos son:

Compuertas Logicas (AND, OR, NOT, NAND, NOR, etc...).Flip-Flops (J-K, D, T, etc...).

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Introduccion

Los Componentes Digitales Estructurados mas populares yque se utilizan extensivamente, son:

RegistrosMUXArchivos de RegistroALUMemorias

Antes de analizar en detalle cada uno de estos bloques, esnecesario incorporar una compuerta llamada de Tercer Estado.

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Modelo de una Compuerta

Una compuerta normal se puede modelar mediante switches:

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Modelo de una Compuerta

El valor de salida de una compuerta solo tiene 2 posiblesestados: 0 o 1.

Debido a esto, no es posible realizar la siguiente conexion:

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Compuerta de Tercer Estado

Las compuertas de tercer estado introducen un switch en lasalida, el que es comandado por una linea de control.

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Compuerta de Tercer Estado

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Compuerta de Tercer Estado

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Memorias

Compuerta de Tercer Estado

Las compuertas de tercer estado, ademas de la(s) entrada(s) yla(s) salida(s), tiene una entrada para la linea de control detercer estado.

Si z = 0 Se comporta como una compuerta normal.

Si z = 1 Se comporta como si estuviera desconectado.

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Compuerta de Tercer Estado

De esta manera se logra interconectar la salida de muchascompuertas, pudiendo formar un BUS.

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Registros

Los registros son considerados como los bloques masimportantes de un Computador.

Un registro es una memoria muy rapida que permitealmacenar informacion.

El tamano de un registro esta dado por “palabras”, quecontienen tıpicamente 16, 32 o 64 bits.

En arquitectura rige el principio: mas pequeno, mas rapido.

Existen 2 tipos de registros: Paralelos y Seriales.

La unidad atomica fundamental en los registros es elFlip-Flop D.

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Registro Paralelo

Estructura interna de un registro paralelo.

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Registro Paralelo

Un registro se representa como un componente con nentradas y salidas de datos. Ademas se considera una linea decontrol que permite la carga de datos en el registro.

Para poder interconectar varios registros a un mismo bus esnecesario incorporar compuertas de tercer estado.

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Registro Paralelo

Con las compuertas de tercer estado se permite que solo unregistro a la vez mantenga activa su salida.

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Registro Serial

Estructura interna de un registro serial.

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Registro Serial

Representacion de un registro serial.

Los registros seriales solo tienen una entrada y una salida dedatos. Ademas se considera una linea de control shift quepermite el desplazamiento de los datos en el registro.

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Multiplexores

Un multiplexor es un circuito combinacional que tiene variasentradas y permite seleccionar una de ellas para que resulte desalida.

Los multiplexores son ampliamente utilizados en arquitecturapara controlar el flujo de los datos.

Un multiplexor de m entradas, requiere de log2m lineas decontrol.

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Multiplexores

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Multiplexores

Representacion de un multiplexor.

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Decodificadores y Codificadores

Decodificador:

Es un sistema combinacional que transforma un numerobinario en un numero decimal.La salida decimal consiste en un conjunto de lineas, cada unade las cuales representa a un numero decimal.

Codificador:

Es un sistema combinacional que transforma un numerodecimal en un numero binario.

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Decodificador

Representacion de un decodificador.

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Codificador

Representacion de un Codificador.

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Archivo de Registros

Es una coleccion de registros paralelos organizados de formatal que actuan como memoria rapida.

Las salidas paralelas de los registros convergen a 2 MUXparalelos, permitiendo la salida simultanea de 2 registros.

El numero de registros varıa entre 16, 32 y 64.

El archivo de registros constituye un elemento fundamental enel llamado Camino de Datos del procesador.

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Archivo de Registros

Estructura interna del archivo de registros.

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Archivo de Registros

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Unidades Aritmeticas

La Unidad Aritmetica Logica (ALU) es un circuitocombinacional, es decir, no tiene memoria.

La ALU esta disenada para lograr buen desempeno, realizandooperaciones en muy corto tiempo.

Al igual que el Archivo de Registros, la ALU es partefundamental del llamado Camino de Datos del procesador.

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ALU de 1 bit

Estructura interna de una ALU de 1 bit.

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ALU de 32 bits

Estructura interna de una ALU de 32 bits.

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Unidades Aritmeticas

Representacion de una ALU.

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Memorias

Memorias

Los registros y los archivos de registros constituyen bloquesbasicos para memorias pequenas.

Las memorias de mayor tamano se construyen con:

SRAM: Ram estatica.DRAM: Ram dinamica.

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RAM Estatica

Caracterısticas de la RAM Estatica

Es un circuito integrado formado por arreglos de memoria.Asegura un tiempo fijo de acceso a cada Byte almacenadoLa informacion es mantenida en la memoria, mientras hayaenergıa.Los bits se almacenan en Flip-Flops.

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RAM Estatica

Representacion de una RAM Estatica.

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RAM Dinamica

La RAM dinamica permite almacenar bits utilizando circuitoselectronicos RC, es decir, se basa en la carga y descarga de uncondensador.

La carga y descarga del condensador es realizada medianteuna resistencia, y es controlada por un switch electronico.

Como switch electronico se utiliza 1 transistor.

En comparacion con la SRAM, para construir un Flip-Flop serequieren al menos 4 transistores.

Disminuyen los costos y aumenta la densidad de bits.

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RAM Dinamica

Como la resistencia descarga constantemente el condensador,es necesario refrescar la memoria, por lo que se ve afectado eltiempo de acceso a esta memoria.

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