25/02/2011 1 Organização de Computadores: Uma Introdução aos Componentes Fundamentais Lógica Digital Introdução a Arquitetura Prof. Dr. Ronaldo Gonçalves.

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1 25/02/2011 1 Organização de Computadores: Uma Introdução aos Componentes Fundamentais Lógica Digital Introdução a Arquitetura Prof. Dr. Ronaldo Gonçalves Prof. Leandro Magno

2 25/02/2011 2 Algumas Verdades Escondidas As portas lógicas são ativadas por uma entrada especial, a qual deve ser considerada como um sinal de ativação e não como uma entrada que sofrerá as transformações do circuito lógico. A finalidade deste sinal de ativação é fazer com que o dado (entradas que serão transformadas) somente passe pelo circuito em determinado momento (momento da ativação) Sinais Válidos: 1 - Ativação e 0 - Manutenção

3 25/02/2011 3 Exemplificação Visual

4 25/02/2011 4 Em circuitos mais complexos...

5 25/02/2011 5 Observação A duração de um sinal de ativação deve ser suficiente para que o dado de entrada esteja estabilizado na saída. A freqüência (MHz) com que um computador trabalha mede a velocidade com que os circuitos lógicos são ativados. A este sinal de ativação de um circuito lógico chamamos de temporizador ou sinal de clock (relógio)

6 25/02/2011 6 Abstração do Circuito (Caixa Preta)

7 25/02/2011 7 Mais Genericamente temos:

8 25/02/2011 8 Revendo Números Binários Representação de valores decimais em binários. Exemplos: Dec de 2 casas -> Binário de 4 casas 00 0000 01 0001 02 0010 03 0011

9 25/02/2011 9 Mais um pouco... Dec de 2 casas -> Binário de 4 casas 04 0100 10 1010 13 1101 15 1111 Como fazer genericamente??

10 25/02/2011 10 Regra Básica: Decomponha o número decimal em uma somatória de potências de 2, usando a seguinte fórmula: ND = A n-1.2 n-1 +...+ A 3.2 3 + A 2.2 2 + A 1.2 1 + A 0.2 0 Assim, ND = A n-1... A 3 A 2 A 1 A 0 Onde A 0, A 1, A 2, A 3... A n-1 {0,1}

11 25/02/2011 11 Regra mais prática: Primeiro passo, faça uma linha com uma seqüência das potências de 2 da direita para a esquerda Na segunda linha, caminhe da esquerda para a direita e vá decompondo o número original em uma somatória de potências. Se a potência acima pode ser contida no número, coloque 1 e decremente a potência do número. Repita a operação até a última potência.

12 25/02/2011 12 Exemplo: Converta o número 29 Potências: 64 32 16 8 4 2 1 Resultado: 0 0 1 1 1 0 1 Assim, 29 = 11101 ou 00000011101 Pois 29 = 1.16 + 1.8 + 1.4 + 0.2 + 1.1

13 25/02/2011 13 Exercício para Agora: Converta os decimais para binários com 16 dígitos (2 bytes) 1) 97 2) 735 3) 2946

14 25/02/2011 14 Resposta: A conversão ficou: 1) 97 = 0000000001100001 2) 735 = 0000001011011111 3) 2946 = 0000101110000010

15 25/02/2011 15 Operações Aritméticas com Binários Adição Básica

16 25/02/2011 16 Um exemplo um pouco maior:

17 25/02/2011 17 Exercícios para Agora Efetue a Soma Binária com 8 digitos: a) 135 + 49 b) 178 + 51 c) 86 + 26

18 25/02/2011 18 Resolvendo temos: a) 10000111 + 00110001 = 10111000 b) 10110010 + 00110011 = 11100101 c) 01010110 + 00011010 = 01110000

19 25/02/2011 19 Implementando um Circuito Somador Básico de 2 Bits A e B – Entradas S – Saída VE – Vai Um de entrada VS – Vai Um de saída

20 25/02/2011 20 Montando a Tabela Verdade: ABVESVS 00000 00110 01010 01101 10010 10101 11001 11111

21 25/02/2011 21 Simplificando com Karnaugh:

22 25/02/2011 22 Detalhe: Porta lógica Ou Exclusivo ABA xor B 000 011 101 110 A xor B = A´B + AB´

23 25/02/2011 23 Então teremos:

24 25/02/2011 24 Para um somador de 4 bits...

25 25/02/2011 25 Operações Aritméticas com Binários Subtração Básica

26 25/02/2011 26 Um exemplo um pouco maior:

27 25/02/2011 27 Exercícios para Agora Efetue a Subtração Binária com 8 digitos: a) 135 – 49 b) 178 – 111 c) 86 – 26

28 25/02/2011 28 Resolvendo temos: a) 10000111 – 00110001 = 01010110 b) 10110010 – 01101111 = 01000011 c) 01010110 – 00011010 = 00111100

29 25/02/2011 29 Implementando um Circuito Subtrator Básico de 2 Bits A e B – Entradas S – Saída VE – Vai Um de entrada VS – Vai Um de saída

30 25/02/2011 30 Montando a Tabela Verdade: ABVESVS 00000 00111 01011 01101 10010 10100 11000 11111

31 25/02/2011 31 Simplificando com Karnaugh:

32 25/02/2011 32 Então teremos:

33 25/02/2011 33 Para um subtrator de 4 bits...

34 25/02/2011 34 Decodificador 2 x 4

35 25/02/2011 35 Bit de Memória Flip-Flop RS

36 25/02/2011 36 Palavra de Memória Registrador

37 25/02/2011 37 Sistema de Memória

38 25/02/2011 38 Unidade Lógica e Aritmética Unidade Funcional

39 25/02/2011 39 Unidade de Controle Microprogramada

40 25/02/2011 40 Arquitetura Primitiva (CISC)

41 25/02/2011 41 Algoritmo da CPU Loop 1. RI <- mem(PC); 2. Decodifica(RI); 3. Executa(RI); 4. PC <- PC + 1; Forever;

42 25/02/2011 42 Visão Geral: CPU, MEM e E/S

43 25/02/2011 43 Aprendendo Números Hexadecimais Representação de valores decimais em hexadecimais. Exemplos: Dec de 2 casas -> Hexadecimal com 2 casas 00 00 01 01 02 02 03 03

44 25/02/2011 44 Mais um pouco... Dec de 2 casas -> Hexadecimal de 2 casas 09 09 10 0A 13 0D 15 0F 16 10 Como fazer genericamente??

45 25/02/2011 45 Regra Básica: Decomponha o número decimal em uma somatória de potências de 16, usando a seguinte fórmula: ND = A n-1.16 n-1 +...+ A 2.16 2 + A 1.16 1 + A 0.2 0 Assim, ND = A n-1... A 3 A 2 A 1 A 0 Onde A 0, A 1, A 2, A 3... A n-1 {0,1, 2..A... F}

46 25/02/2011 46 Regra mais prática: Primeiro passo, faça uma linha com uma seqüência das potências de 16 da direita para a esquerda Na segunda linha, caminhe da esquerda para a direita e vá decompondo o número original em uma somatória de potências. Se a potência acima pode ser contida no número n vezes, coloque n e decremente nxpotência do número. Repita a operação até a última potência.

47 25/02/2011 47 Exemplo: Converta o número 60000 Potências: 65536 4096 256 16 1 Ou: 16 4 16 3 16 2 16 1 16 0 Res Parcial: 0 14 10 6 0 Ou 0 E A 6 0 Assim, 60000 = EA60 ou 000000EA60 Pois 60000 = E.16 + 1.8 + 1.4 + 0.2 + 1.1

48 25/02/2011 48 Observação: Cada 4 digitos binários corresponde a um digito hexadecimal Exs: 1010 = A 11000011 = C3 1111011100001011 = F70B

49 25/02/2011 49 Exercício para Agora: Converta os decimais para hexadecimais com 4 dígitos (16 bits ou 2 bytes) 1) 97 2) 735 3) 2946

50 25/02/2011 50 Resposta: A conversão ficou: 1) 0061 2) 02DF 3) 0B82

51 25/02/2011 51 Mais Exercícios para Agora: Converta os decimais para Hexadecimais com 4 dígitos (2 bytes) 1) 62097 2) 31032 3) 24256

52 25/02/2011 52 Resposta: A conversão ficou: 1) F291 2) 7938 3) 5EC0

53 25/02/2011 53 Formato das Instruções Cada instrução ocupa 2 bytes (16 bits)

54 25/02/2011 54 Modos de Endereçamento 00 - direto: o segundo byte contém o endereço do operando 01 - indireto: o segundo byte contém o endereço de uma posição de memória que contém o endereço do operando 10 - imediato: o segundo byte contém o próprio operando 11 - indexado: o segundo byte deve ser somado ao conteúdo do registrador X a fim de juntos proverem o endereço do operando.

55 25/02/2011 55 Registradores (Identificadores) 00 = registrador A (uso geral) 01 = registrador B (uso geral) 10 = registrador X (uso geral) 11 = nenhum registrador é selecionado

56 25/02/2011 56 Conjunto de Instruções

57 25/02/2011 57 Exemplo de Instruções: Como fazer? 1. Colocar um dado em um registrador: - Instrução: LDR (load) - Código da Instrução: 0010 - Registrador:B - Código do registrador:01 - Dado:0001 0000 - Modo Imediato:10 Instrução Final: 0010 0110 0001 0000 ou:26 10

58 25/02/2011 58 2. Colocar um dado de registrador na memória: - Instrução: STR (store) - Código da Instrução: 0001 - Registrador:B - Código do registrador:01 - Endereço de Memória:1111 1111 - Modo Imediato:00 Instrução Final: 0001 0100 1111 1111 ou:14 FF