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GoBack
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 1
Organizac ao de Computadores – 2005/2006Circuitos Sequenciais
Paulo Ferreirapaf a©dei.isep.ipp.pt
Marco de 2006
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Clock
Clock
Porque?
Detalhes
Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 2
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Porqu e?
Clock
Porque?
Detalhes
Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 3
� Os computadores sao maquinas sequenciais (de estados)
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Porqu e?
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Problemas
Consumo
Condutores
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Maquinas de estados
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� Os computadores sao maquinas sequenciais (de estados)
� Necessitam de ≪impulsos≫ para passar de um estado para o seguinte
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Porqu e?
Clock
Porque?
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Importancia
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Problemas
Consumo
Condutores
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Maquinas de estados
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� Os computadores sao maquinas sequenciais (de estados)
� Necessitam de ≪impulsos≫ para passar de um estado para o seguinte
� Necessitam de ≪saber≫ quando passar de um estado da sequencia para outro
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Detalhes
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� O circuito de clock nao tem a ver com a informacao da hora e do dia
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Detalhes
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� O circuito de clock nao tem a ver com a informacao da hora e do dia
� A traducao mais correcta do ponto de vista funcional seria ≪metronomo≫ e nao≪relogio≫
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Detalhes
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Problemas
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� O circuito de clock nao tem a ver com a informacao da hora e do dia
� A traducao mais correcta do ponto de vista funcional seria ≪metronomo≫ e nao≪relogio≫
� Fornece uma serie contınua de impulsos periodicos que alem de ≪avancarem≫ ocircuito de um estado para outro, servem de referencia para a sincronizacao dosvarios sub-circuitos
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Detalhes
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Transistores
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Problemas
Consumo
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� O circuito de clock nao tem a ver com a informacao da hora e do dia
� A traducao mais correcta do ponto de vista funcional seria ≪metronomo≫ e nao≪relogio≫
� Fornece uma serie contınua de impulsos periodicos que alem de ≪avancarem≫ ocircuito de um estado para outro, servem de referencia para a sincronizacao dosvarios sub-circuitos
� Pode ser um sinal (ou varios) quadrado ou rectangular
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Detalhes
Clock
Porque?
Detalhes
Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 4
� O circuito de clock nao tem a ver com a informacao da hora e do dia
� A traducao mais correcta do ponto de vista funcional seria ≪metronomo≫ e nao≪relogio≫
� Fornece uma serie contınua de impulsos periodicos que alem de ≪avancarem≫ ocircuito de um estado para outro, servem de referencia para a sincronizacao dosvarios sub-circuitos
� Pode ser um sinal (ou varios) quadrado ou rectangular
� Deve dizer-se ≪frequencia≫ e nao ≪velocidade≫!
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Import ancia
Clock
Porque?
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Transistores
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Problemas
Consumo
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 5
� Quando a frequencia de clock aumenta a performance do computador aumenta1
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Import ancia
Clock
Porque?
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Problemas
Consumo
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� Quando a frequencia de clock aumenta a performance do computador aumenta1
� Mas aumentando a frequencia de clock o consumo de energia do processadoraumenta
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Import ancia
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Problemas
Consumo
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� Quando a frequencia de clock aumenta a performance do computador aumenta1
� Mas aumentando a frequencia de clock o consumo de energia do processadoraumenta
� Baixando a velocidade de clock o consumo de energia diminui
1Pode nao ser sempre assim, porque em certos casos aumentando a frequencia de clock, do processadora performance do sistema pode diminuir!
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Problemas
Consumo
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� MOS – Metal Oxide Semiconductor
� FET – Field Effect Transistor
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Transistores
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Problemas
Consumo
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� MOS – Metal Oxide Semiconductor
� FET – Field Effect Transistor
� MOS – constituicao
� Metal – Alumınio
� Oxide – Oxido de silıcio (isolante)
� Semiconductor – Silıcio
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Transistores
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Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
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� MOS – Metal Oxide Semiconductor
� FET – Field Effect Transistor
� MOS – constituicao
� Metal – Alumınio
� Oxide – Oxido de silıcio (isolante)
� Semiconductor – Silıcio
� FET – funcionamento
� Transistor de efeito de campo – quando o metal esta carregadoelectricamente, as cargas livres no semicondutor sao todas atraıdas para juntodo metal, passando o semicondutor a conduzir atraves desse ≪caminho≫
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Condensador
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Problemas
Consumo
Condutores
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� Dois condutores com um isolante no meio
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Condensador
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Problemas
Consumo
Condutores
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� Dois condutores com um isolante no meio
� Metal e semiconductor, com oxido no meio
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Condensador
Clock
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Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
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� Dois condutores com um isolante no meio
� Metal e semiconductor, com oxido no meio
� Temos um condensador que pode ser util ou problematico
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Utilidade
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Problemas
Consumo
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� Uma maneira simples (e pequena) de fazer um condensador
� Um condensador serve para armazenar energia
� Um condensador por bit ≪memoriza≫ o estado do bit
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Utilidade
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Problemas
Consumo
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� Uma maneira simples (e pequena) de fazer um condensador
� Um condensador serve para armazenar energia
� Um condensador por bit ≪memoriza≫ o estado do bit
� Cuidados:
� O condensador descarrega-se ao fim de algum tempo
� E necessario ≪refrescar≫ a sua ≪memoria≫
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Utilidade
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Problemas
Consumo
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Tensao de Alimentacao
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� Uma maneira simples (e pequena) de fazer um condensador
� Um condensador serve para armazenar energia
� Um condensador por bit ≪memoriza≫ o estado do bit
� Cuidados:
� O condensador descarrega-se ao fim de algum tempo
� E necessario ≪refrescar≫ a sua ≪memoria≫
� Temos assim o que se chama memoria dinamica
� O tipo mais vulgar de memoria, e o mais utilizado
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Problemas
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Problemas
Consumo
Condutores
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 9
� Para ligar ou desligar o transistor temos de carregar ou descarregar ocondensador
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Porque?
Detalhes
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Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
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� Para ligar ou desligar o transistor temos de carregar ou descarregar ocondensador
� Carregar ou descarregar o condensador implica a passagem de corrente naligacao ao transistor
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Problemas
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� Para ligar ou desligar o transistor temos de carregar ou descarregar ocondensador
� Carregar ou descarregar o condensador implica a passagem de corrente naligacao ao transistor
� Como a ligacao nao e perfeita do ponto de vista electrico o condutor aquece coma passagem da corrente
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Problemas
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Consumo
Condutores
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 9
� Para ligar ou desligar o transistor temos de carregar ou descarregar ocondensador
� Carregar ou descarregar o condensador implica a passagem de corrente naligacao ao transistor
� Como a ligacao nao e perfeita do ponto de vista electrico o condutor aquece coma passagem da corrente
� Para ligar ou desligar um transistor vai-se gastar uma certa energia
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Problemas
Consumo
Condutores
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 10
� O consumo tem a ver com o numero de transicoes por segundo
� Daı o consumo aumentar quando a frequencia de trabalho aumenta
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Consumo
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Porque?
Detalhes
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Condensador
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Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 10
� O consumo tem a ver com o numero de transicoes por segundo
� Daı o consumo aumentar quando a frequencia de trabalho aumenta
� Frequencia de clock
� Baixando baixa o consumo
� Aumentando aumenta o consumo
� Podemos baixar a velocidade do processador quando este estiver a espera decoisas para fazer
� Isto pode conduzir a grandes poupancas de energia
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Problemas
Consumo
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 11
� Alumınio
� Barato
� Facil de vaporizar
� O mais usado
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Condutores
Clock
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Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
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ORGC Circuitos Sequenciais – slide 11
� Alumınio
� Barato
� Facil de vaporizar
� O mais usado
� Cobre
� Mais difıcil de vaporizar/usar
� Algumas tentativas de o usar (ex:Coppermine)
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Condutores
Clock
Porque?
Detalhes
Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 11
� Alumınio
� Barato
� Facil de vaporizar
� O mais usado
� Cobre
� Mais difıcil de vaporizar/usar
� Algumas tentativas de o usar (ex:Coppermine)
� Ouro
� Problemas com o preco (obvios)
� So e usado em pequenas series onde o preco nao e obstaculo
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Tensao de Alimentac ao
Clock
Porque?
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Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 12
� Quando maior a tensao de alimentacao, mais cargas terao de passar parapolarizar o transistor
� Podemos usar uma tensao de alimentacao mais baixa para que o consumo deenergia seja menor
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Tensao de Alimentac ao
Clock
Porque?
Detalhes
Importancia
Transistores
Condensador
Utilidade
Problemas
Consumo
Condutores
Tensao de Alimentacao
Maquinas de estados
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 12
� Quando maior a tensao de alimentacao, mais cargas terao de passar parapolarizar o transistor
� Podemos usar uma tensao de alimentacao mais baixa para que o consumo deenergia seja menor
� Baixar a tensao
� Daı que se tenha passado dos 5V para 3.3V e outras tensoes mais baixas
� As fontes de alimentacao tipo ATX ja possuem uma saıda de 3.3V enquantoas fontes de alimentacao AT apenas tinham como menor tensao os 5V
� Hoje em dia as novas fontes ATX possuem uma saıda mais forte de 12V paraque se possa ter tensoes de alimentacao mais baixas
� A tensao de 12V e fornecida ao motherboard que a converte na tensao defuncionamento do processador (normalmente ajustavel)
� Assim evitamos a circulacao de correntes muitos elevadas entre a fonte e omotherboard (e problemas de conectores)
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Maquinas de estados
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 13
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Exemplos
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
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� Semaforos
� Sequenciais de discoteca
� Comando de maquinas de lavar
� Muitos mais
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Definic ao
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 15
� Necessitamos de saber em estado estamos e qual o seguinte:
Exemplo de M aquina de Estados
Estado Seguinte1000 01000100 00100010 00010001 1000
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Exemplo
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 16
Funcionamento da M aquina de Estados
Estado ###
# ##
## #
###
###
# ##
## #
###
###
# ##
. . .
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Implementac ao
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 17
� Necessitamos da tabela de estados para sabermos qual o estado seguinte
� Necessitamos tambem do estado actual para sabermos onde estamos
Implementac ao da Maquina de Estados – ROM
Endereco Conteudo1000 01000100 00100010 00010001 1000
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Circuito
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 18
� Temos uma ≪memoria≫ que nos guarda o estado corrente e o circuito de clockque comanda o avanco do estado corrente para o seguinte
Ta be l ad e Es t a do s( R O M )Es t a doCo r re n te E n d e re çoDa do s
C lo c kS a í d aM e m ó r i a
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Entradas
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 19
� Se quisermos entradas que comandem a passagem de um estado ao seguintebasta colocar mais linhas de endereco na ROM comandadas pelas entradas
Uma linha adicional - Reverse
Estado Seguinte0 1000 01000 0100 00100 0010 00010 0001 10001 1000 00011 0100 10001 0010 01001 0001 0010
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Circuito
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 20
� Temos a entrada adicional que comanda a maquina de estados
Ta be l ad e Es t a do s( R O M )Es t a doCo r re n te E n d e re çoDa do s
C lo c kS a í d aM e m ó r i a
E n t ra d a
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Simplificac ao
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 21
� Podemos ≪separar≫ a maquina de estados em duas tabelas:
1. Uma tabela com a ≪numeracao≫ e sequencia dos estados
2. Outra tabela com as saıdas para cada estado
Tabela de estados Tabela de saıdasEstado Seguinte
00 0101 1010 1111 00
Estado Saıda00 100001 010010 001011 0001
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Vantagens
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 22
� Temos assim duas tabelas, mas sao duas tabelas bem mais pequenas do que aanterior
� Uma 4*2 bits e outra de 4*4 bits ou que da 24 bits, enquanto anteriormentetınhamos 16*4 bits ou 64 bits
� A ≪programacao≫ da maquina de estados tambem fica mais simples porque ficaseparada em duas partes
1. A sequencia dos diferentes estados
2. O estado das saıdas para cada um dos estados
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Circuito
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 23
Ta be l ad e Es t a do s( R O M )Es t a d oCo r re n te E n d e re çoDa d o s
C lo c kS a í d a
M e m ó r i aF ( Es t a d o )
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Nomenclatura
Clock
Maquinas de estados
Exemplos
Definicao
Exemplo
Implementacao
Circuito
Entradas
Circuito
Simplificacao
Vantagens
Circuito
Nomenclatura
ORGC Circuitos Sequenciais – slide 24
� O tipo de ≪programacao≫ das maquinas de estados chama-se microcodigo
� Trata-se de definir bit a bit qual o estado em que estamos, e qual o estadoseguinte
� Temos dois tipos de microcodigo:
� Microcodigo horizontal – o estado e definido pelas saıdas do circuito
� Microcodigo vertical – o estado e diferente das saıdas do circuito, havendouma ≪traducao≫ do estado para as saıdas do circuito