ARQUITETURA DE COMPUTADORES

Eletrônica

O que é a eletrônica , a eletrônica é a ciencia que estuda como controlar a eletricidade.

Dividi-se em :

Analógica e a Digital a eletronica digital utliza binarios enquanto a utiliza grandezas fisicas variaveis ou sinais variaveis por exemplo lâmpada ,radios.

Exemplo de um sinial analogico:

   /\               /
  /  \             /
 /    \     /\    /
       \   /  \  / 
 \ /    \/
  \/

Exemplo de sinal digital:

   ______      ______
  |      |    |      |
  |      |    |      |
  |      |____|      |______

Sistema Digital

Um sistema digital tem mais vantagens pois ele possui:

• Maior rapidez
• Menor custo
• Grande capacidade de processamento
• Maior capitação de sinais
• Facil manuseio
• Maior imunidade a ruidos
• Maior confiabilidade

Circuito digital :

São circuitos eletronicos que utilizam sinais digitais

São formados pro blocos lógicos

Os blocos lógicos são formados por portas logicas

E portas logicas utilizam a logica booleana para funcionar

Circuitos digitais se dividem em :

Circuitos combinatórios

• Cada saida depende apenas das combinações de entrada ou seja são circuitos sem realimentação .

Circuitos Sequenciais

Este circuito não depende apenas das combinações de entrada mais também das sequencias das variaveis do estado do sistema

Circuitos digitais utilizam o sistema de numeração binario que é composto de 0 e 1 apenas é utilizado a base 2 para representação cientifica por exemplo:

2 elevado a 1 = 2
2 elevado a 2 = 4 
2 elevado a 3 = 8 
2 elevado a 4 = 16
2 elevado a 5 = 32

Os microprocessadores percebem somente sinais elétricos, distinguindo-os em dois níveis de voltagem que são alto e baixo representados por H de HIGH e L de LOW.

Portanto, qualquer comunicação com o microprocessador pode ser reduzida exclusivamente a esses dois sinais, asociando-se H com o bit 1 e L com o bit 0 , agora isto seria apenas 1 bit apareceu a necessidade de utilizar multiplos bits por exemplo nosso computador hj em dia utiliza bytes que são cadeias com 8 bits ou seja 00000000.

Como um byte é representado por 8 bits ele é consequentemente 2 elevado a 8 ou seja 256 isto quer dizer que um byte por representar 256 valores diferentes que vão de 0 a 255.

Agora para se transformar numeros decimais em binarios é bem simples por exemplo vamos fazer o seguinte pra facilitar como o computador usa 8 bits iremos pegar a base 2 e fazer sua elevação até chegar em 256 ficando:

256 128 64 32 16 8 4 2 

Agora imagine que vc queria transformar o numero 328 em binario o que vc fará é o seguinte somara vc colocara 0 pra off e 1 pra on ou seja :

256 + 64 + 8 = 328

ou seja para escrever 328 em binario ficaria da seguinte maneira:

256 128 64 32 16 8 4 2 
1   0   1  0 0  1 0 0 <--- 328 em binario :)

O seu raciocinio precisa ser o seguinte por exemplo 328 cabe dentro de 256 se sim vc coloca 1 se não vc coloca 0 como cabe vc coloca 1 agora o numero mudou o que vc precisa fazer é o seguinte:

328 - 256 = 72

Ou seja o numero ficou 72 agora então vc verifica 128 cabe em 72 não então é 0 cabe em 64 sim então você coloca 1 e faz o mesmo esquema :

72 - 64 = 8* Agora ficando 32 cabe em 8 nao então coloca 0 , 16 cabe me 8 não então coloca 0 e por fim 8 cabe em 8 sim ae vc faz o seguinte:
    *8-8 =0 <--- quando chegou no zero terminou ;) tudo que tiver atraz fica com 0 pq 0 vai caber só no 0 de novo
resultado = 10100100

Todo dispositivo computacional são consequentemente dispositivos digitais ou seja são compostos por circuitos logicos digitais e consequentemente por portas logicas.

Portas logicas

• São os elementos basicos de um circuito digital
• Tem a função de controlar o fluxo digital
• Depende do valor de entrada para gerar um valor de saida
• CPU, memorias, interfaces com entrada e saida todas usam portas logicas

Algebra booleana

É utilizada para modelar operações logicas

Cada porta logica utiliza uma operação logica

Exemplo de algebra booleana:

          _______
 A ------|       |
         |logica |
 B ------|digital|-------X
         |       |
 C ------|_______|
 
  X = a + b . c

Operações logicas:

 
  Porta and(e) = . 
  Porta or (ou) = +      ___
  Porta not (inversor) =     ___  ou ' barra em cima ou apostrofro
  Porta nand (not e and) = ___     ou ' barra em cima ou apostrofro
  Porta nor ( not e or ) =       ou 0+ <-- circulo com + dentro
  Porta xor (or exclusivo) =

Simbolicamente
          ______                               ______
  A ----|      \                     A----\     \                     A----|\
        |       |---- x <-- And          |      |----x <--- or        | \O---X <--- not
  B ----|______/                     B----/______/                     B----| /
                                                                            |/
                                                     
          ______                               ______                             ______           
  A ----|      \                     A----\     \                     A----\\     \
        |       |0---- x <-- nand        |      |----x <--- nor       ||      |---X <--- xor
  B ----|______/                     B----/______/                     B----//_____/

Exemplos:

And --> A.B = C
      Or ---> __ A + B = C
      Not ---> A  OU A'
      NAND ---> (A+B)'
      XOR ---> ( A 0+ B ) 

Para conseguir entender as operaçoes logicas vc precisa antes entender da tabela verdade:

A tabela verdade consiste em todas as possibilidades combinatorias de uma entrada produzindo um resultados de saida.

Estas variaveis possuem só duas possibilidades por exemplo:

Ligado ou Desligado / Acesso ou apagado / Verdadeiro ou Falso

Cada operação logica possui uma tabela verdade exemplo:

   Not         NAND         NOR         AND         OR         XOR         XNOR
  A - x     A - B - X    A - B - X    A - B - X    A - B - X    A - B - X     A - B - X 
  0 - 1     0 - 0 - 1    0 - 0 - 1    0 - 0 - 0    0 - 0 - 0    0 - 0 - 0     0 - 0 - 1 
  1 - 0     0 - 1 - 1    0 - 1 - 0    0 - 1 - 0    0 - 1 - 1    0 - 1 - 1     0 - 1 - 0 
            1 - 0 - 1    1 - 0 - 0    1 - 0 - 0    1 - 0 - 1    1 - 0 - 1     1 - 0 - 0 
            1 - 1 - 0    1 - 1 - 0    1 - 1 - 1    1 - 1 - 1    1 - 1 - 0     1 - 1 - 1 

Circuitos logicos equivalentes

Possuem funçoes booleanas diferentes mas o mesmo resultado na saida exemplo:

          ____                         
 A --.---|    \____     ____
 B __|___|____/    |____\    \_____
   |           _______/___/                    
   |   ____  |
   |___|    \_|
 C ______|____/
                                    ____
 A ---------------------------------|    \_____
       _____         ________________|____/
 B _____\     \_____|
 C _____/____/                                    

As portas logicas geralmente são agrupadas em circuitos logicos e encapsulados em circuitos integrados conhecidos como CI e vulgarmente como CHIPS.

• SSI (SMALL SCALE INTEGRATED) : 1 A 10 portas
• MSI ( MEDIUM SCALE INTEGRATED): 10 A 100 portas
• LSI ( LARGE SCALE INTEGRATED): 100 A 100.000 portas
• VLSI ( VERY LARGE SCALE INTEGRATED): > 100.000 portas

Circuitos combinatórios

Multiplexador ou seletor:

• 1 - seleciona uma das varias entrada e gera uma saida.
• 2 - tem varias entradas mais só uma saida.
• 3 - contem 2 elevado a n entrada de dados , n entradas de controle e uma saida.
• 4 - entradas de controle selecionam a entrada de dados que será enviada para a saida.

Demultiplexador:

• 1 - seleciona uma dentre varias saidas.
• 2 - inverso ao multiplexador

Codificador e decodificador:

• 1 - codificam e decodificam bits.
• 2 - recebe na entrada um numero de n bits utilizando-os para selecionar exatamente uma de suas 2 elevado a n entradas.
• 3 - uma aplicação tipica do decodificador é o endereçamento de partes de uma memoria.
• 4 - sua saida depende apenas da combinação de entrada.

Comparadores: comparam bits de entrada;

• 1 - serve para comparação de 2 palavras colocadas na sua entrada.
• 2 - quando as palavras são iguais sua saida é 1.
• 3 - quando são diferentes a saida é igual a 0.
• 4 - são usados principalmente para executar instruções condicionais do tipo if , intruções de loop do tipo while e for.

Arranjo Logico programavel;

Aritmeticos: somadores e deslocadores;

Matrizes logicas programaveis:

• Uma matriz logica programavel tambem conhecida como chip PLA (Programable Logic Array) , serve para programação de circuitos genericos.
• Implementação de funções arbitrárias a partir de suas tabelas verdades.
• A matriz logica é programada, de acordo com a função desejada , queimando-se , com alta tensão , alguns dos fusiveis da matriz original.

Circuitos Combinatorios aritméticos

Deslocador:

• 1 - tem um conjunto n de linhas de entrada e n linhas de saida e 1 linha de controle.
• 2 - os valores colocados nas linhas de entrada são enviados para as linhas de saida e deslocados de 1 bit , para a direita ou para a esquerda , dependendo do valor da linha de controle estar em 1 ou 0 respectivamente.
• 3 - utilizando para conversão paralelo serial , inversão de numeros , multiplicação e divisão .

Somador:

• Meio somador = realiza a soma de duas entradas A e B gerando , como saida , o valor da soma e de um bit de transporte ( o "VAI 1" da soma ).
• Somador completo = realiza a soma de dua entradas A e B com um bit de transporte de entrada , o "VEM 1" da soma. Gera como saída o valor da soma e de um bit de transporte ( o "vai 1" da soma ) .

Unidades logicas e aritméticas (ULA)

• São circuitos capazes de efetuar operações aritméticas sobre bits , como soma ,divisão ,multiplicação , divisão ,etc e logicas como comparações entre variaveis.
• Estão presentes nos processadores.
• Esse bloco logico é composto pela combinação de alguns circuitos combinatórios

Circuitos Sequenciais

• É composto por um circuito combinacional e elemento de memoria.
• Os elementos de memoria são circuitos capazes de armazenar informação codificada em binario.
• Podem ser divididos em 2 tipo conforme o comportamento temporal dos seus sinais:
• Sincronos:
• Dependem do sinal de relogio (clock).
• Assincronos:
• Dependem da ordem segundo a qual as entradas mudam
• Formam as memorias , componente essencial de todo sistema computacional .
• Memorias armazenam tanto dados quanto instruções.
• Podem ser constituidas a partir de portas NOR e NAND.

Flip-Flops

• Os elementos de memoria utilizados nos circuitos sequenciais síncronos são demoniados flip-flops.
• Um flip-flop é um circuito digital que possui duas entradas e duas saidas e é capaz de armazenar um bit de informação.
• Desde que devidamente alimentado com energia , um flip-flop pode manter indefinidamente um estado ,até que os sinais de entrada assumam uma configuração tal que o façam mudar de estado.
• OS tipos de flip-flops são denominados latches.
• Os latches mais comuns são : Latch RS, Latch RS controlado e o Latch D.