Logica de Transferencia de Registros

 

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA (UNEFA) NÚCLEO ARAGUA-SEDE MARACAY INGENIERÍA DE SISTEMAS ASIGNATURA: CIRCUITOS LÓGICOS

LÓGICA DE TRANSFERENCIA DE REGISTROS

AUTOR: VICTOR MOLINA PROFESOR:

MARACAY, DICIEMBRE DE 2019

C.I: V-18.488.488 ING. LUIS LUNA

 

ÍNDICE Pp.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………

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Registro……………………………………………………………… 4

… Función…………………………………………………………………

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Registros de Desplazamiento………………………………………

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Tipos de Registro de Desplazamiento…………………………….

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Registros de Desplazamiento con Entrada Serie-Salida Serie….

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Registros de Desplazamiento con Entrada paralelo/Salida serie..

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Registros de Desplazamiento con Entrada serie/Salida paralelo..

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Registros de Desplazamiento con Entrada Paralelo/Salida Paralelo………………………………………………………………

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…  Aplicación de los Circuitos Circuitos……………………………………………..

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Retardo de tiempo……………………………………………………..

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Convertidor de datos serie-paralelo……………………………………

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Formas de construir registros de desplazamientos: …………………..

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Diagrama de un Contador de Registro de Desplazamiento Contadores……………………………………………………………

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Tipos de Contadores…………………………………..………………

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Contadores Asíncronos…………………………………………………

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Contadores síncronos………………………………...………………

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CONCLUSION…………… ……………… ………… ……… …………… ……………… ……… …………… ……………… ……

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REFERENCIA……………………………………..……………………

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INTRODUCCIÓN En el presente trabajo hablaremos de Lógica de Transferencia de Registros de la cual se desglosan los siguientes puntos: lenguaje de transferencia de registros, símbolos básicos para el lenguaje de transferencia de registros, notación de registros, transferencia en paralelo, transferencia en serie, transferencia de bus, canal de bus de tres estados, transferencia de memoria, entre otros términos. Para poder entender todo esto y ver se explicará brevemente el funcionamiento de un flip-flop de modo de almacenamiento de bits para comprobar esto ya con el montaje terminado simplemente lo que se realizará es enviarle dos datos iguales o diferentes simplemente para realizar las operaciones de suma y resta de números binarios pero con la diferencia que trabajaremos con los registros de datos para así poder ser almacenados tanto como en los flip-flops como en los latches para entender de qué manera guardan los datos y de qué forma se quitará el dato previamente guardado, con esto realizado veremos que al realizar cualquier operación de suma o resta nos mostrará por medio de leds que código binario dará como resultado teniendo en cuenta si existe o no existe el carry de salida.

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Registro Definición: los registros de desplazamiento son circuitos lógicos secuenciales que están íntimamente relacionados con los contadores digitales. Los registros se utilizan principalmente para almacenar datos digitales y normalmente no poseen una secuencia característica interna de estados como los contadores.

Función Definición: un registro es un circuito digital con dos funciones básicas: almacenamiento de datos y movimiento de datos, la capacidad de almacenamiento de un registro le convierte en un tipo importante de dispositivo de memoria. Como se muestra se aplica un 1 a la entrada de datos y un impulso de reloj que hace que se almacene para comprobar esto ya con el montaje terminado simplemente lo que se realizará es enviarle dos datos iguales o diferentes simplemente para realizar las operaciones de suma y resta de números binarios pero con la diferencia que trabajaremos con los registros de datos para así poder ser almacenados tanto como en los flip-flops como en los latches para entender de qué manera guardan los datos y de qué forma se quitará el dato previamente guardado, con esto realizado veremos que al realizar cualquier operación de suma o resta nos mostrará por medio de leds que código binario dará como resultado teniendo en cuenta si existe o no existe el carry de salida.

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Registros de Desplazamiento Definición: en un circuito digital secuencial(es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consiste en una serie de biestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada, que basculan de forma síncrona con la misma señal de reloj. Según la conexión de las distintas básculas, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la información almacenada, bits, en las básculas. Es de señalar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales,que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universales, además de bidireccionales permiten la carga en paralelo.

Figura 1 Circuito de carga en Paralelo

Tipos de Registro de Desplazamiento Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento, se clasifican como:

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Registros de Desplazamiento con Entrada Serie-Salida Serie Los registros de desplazamiento con Entrada-Salida Serie salida se aceptan datos en serie, es decir, un bit cada vez por una única línea. La información almacenada es entregada a la salida también en forma serie. Es decir, que solo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente, se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas de sincronización. Entrada serie/Salida serie.

Figura 2 : entra serie salida serie

Registros de Desplazamiento con Entrada paralelo/Salida serie Es un registro con entrada de datos paralelo, los bits se introducen respectivamente en sus respectivas etapas a través de líneas paralelo, una vez que están todos los datos almacenados en el registro se hace la salida en serie. Es exponer, que son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero solo la salida del último. Normalmente también existe una entrada serie, que solo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.

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Figura 3: Entrada Parale4lo/salida Paralelo

Registros de Desplazamiento con Entrada Serie/Salida paralelo: En este tipo de registro los bits de datos se introducen en serie del mismo modo que en el caso anterior, la diferencia está en la forma en que dichos bits se extraen del registro; en un registro con salida paralelo, se dispone de la salida de cada etapa. Una vez que los datos se han almacenado, cada bit se presenta en su respectiva línea de salida, estando disponibles todos los bits simultáneamente, en lugar de bit a bit como en el caso de la salida en serie. Son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como el RS232.

Figura 3: Entrada serie/Salida Paralelo

Registros de Desplazamiento con Entrada Paralelo/Salida Paralelo: Como ya se ha visto la entrada en paralelo y la salida en paralelo este circuito utiliza los mismos principios. Inmediatamente después de introducir todos los bits de datos simultáneamente, estos aparecen en las salidas en paralelo. Tanto las entradas como las salidas son accesibles: se usan para cálculos aritméticos.

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Figura 4: Entrada paralelo/Salida paralelo

Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama así porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos.

Aplicación de los Circuitos Retardo de tiempo   Los registros de desplazamiento con entrada y salida serie se usan para obtener un retardo de tiempo de la entrada a la salida que es función del número de etapas (n) del registro y de la frecuencia del reloj.

Convertidor de datos serie-paralelo La transmisión de datos serie de un sistema digital a otro se usa comúnmente para reducir el número de conductores de la línea de transmisión. Por ejemplo se pueden enviar en serie 8 bits por un único conductor, los cuales necesitan 8 conductores para transmitirse en paralelo. Una computadora o un sistema basado en microprocesador, normalmente requiere que la entrada de datos se haga en paralelo, por lo que es preciso realizar una conversión serie-paralelo.

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Formas de construir registros de desplazamientos: Se pueden construir registros de desplazamiento de la siguiente manera, Por ejemplo: Registro de entrada paralelo y salida serie. Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deberá estar en modo de carrera libre. Registro de entrada serie y salida paralelo. Similar al caso anterior, se sustituye el multiplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos. Biestables en cascada. Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es más aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y la funcionalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.

Diagrama de un Contador de Registro de Desplazamiento

Figura 5: Diagrama de un Contador 

 En un registro de desplazamiento

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La información puede: o

Entrar en serie y salir en serie,

o

Entrar en serie y salir en paralelo Entrar en paralelo y salir en serie.

o

o

Entrar en paralelo y salir en paralelo.

o

Entrar en serie y salir en serie y paralelo.

o

Entrar en serie y paralelo y salir en serie

Contadores: Definición: un contador es una combinación de flip-flops que se conectan entre sí para realizar funciones de recuento. El número de flip-flops que se utilizan y la forma en que se conectan determinan el número de estados y también la secuencia específica de estados por los que pasa el contador durante un ciclo completo. Los contadores son circuitos secuenciales que tienen unas líneas cuyo valor binario de salida es el resultado del número de veces que recibe un determinado impulso de conteo.

Tipos de Contadores: Dependiendo del modo en que se aplique la señal de reloj los contadores se clasifican en dos amplias categorías categorías::

Contadores asíncronos: Son aquellos en el que los flip-flops del contador no cambian de estado exactamente al mismo tiempo dado que no comparten el mismo impulso de

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reloj, también podemos articular que el impulso de conteo no se recibe simultáneamente en las entradas CLK de todos los biestables. En la Figura podemos ver un contador asíncrono. También aparecen los cronogramas de las señales de salida.

Figura 6 : contador asíncrono

En la transición alto-bajo del reloj, el biestable cambia de estado y, por tanto, de salida, ya que sus entradas están a 11. En la salida QA aparece una onda a frecuencia mitad que el reloj de entrada, que es del que se cuentan los pulsos. Las salidas de los biestables se conectan a la entrada de reloj de los siguientes biestables, con lo que cada uno de ellos divide la frecuencia por 2. Si QA se considera el bit menos significativo, se puede comprobar que los valores de las cuatro salidas se corresponden con los números binarios de 0000 hasta 1111 repitiendo Periódicamente este proceso. Existe un cierto retardo debido al retardo de los biestables.

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Se pueden dar varios casos respecto a cómo son las entradas de reloj y a las conexiones para ver el sentido de cuenta:  CLK activas flanco de bajada y conexión en Q: ASCENDENTE  CLK activas flanco de bajada y conexión en /Q: DESCENDENTE  CLK activas flanco de subida y conexión en Q: DESCENDENTE  CLK activas flanco de subida y conexión en /Q: ASCENDENTE Con circuitería externa adicional se puede hacer que el contador vuelva a la posición 0000 antes de llegar a 1111, con lo que con n biestables se puede hacer un contador que cuente desde 0 hasta un número menor o igual que 2 n. Dicha circuitería es una puerta NAND de tantas entradas como biestables conectadas a las salidas afirmadas o negadas de los biestables que convengan. Incluso se puede inicializar en cualquier otro número que no sea 0, usando las entradas asíncronas de PRESET y CLEAR que sean necesarias. Ejemplo: si un contador asíncrono debe contar en sentido ascendente

entre 4 y 12, se deberá poner una puerta NAND para detectar el 13 y forzar a que la situación inicial ponga 4. Para ello, se conecta a la puerta NAND QA,/QB,QC y QD. La puerta dará salida 0 sólo cuando detecte 13 y ese 0 forzará el 4 colocándolo a las entradas asíncronas de CLEAR de QA, QB y QD, y a la entrada de PRESET de QC, suponiendo que son activas a nivel bajo.

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Figura 7: ejemplo de Contador Asincronico

Contadores Síncronos: Son aquellos en el que los flip-flops del contador reciben en el mismo instante la señal de reloj, dentro de cada una de estas categorías, los contadores se clasifican por el tipo de secuencia, el número de estados o el número de flip-flops del contador. Los pulsos de reloj (que son los pulsos a contar) activan las entradas CLK de todos los biestables al mismo tiempo (de ahí su nombre). Se elimina el problema del retardo, con lo que se puede trabajar a frecuencias mayores. Sólo el primer biestable tiene sus entradas a "1". Las restantes entradas son excitadas por productos de las salidas de los propios biestables. Vamos a ver cómo se diseña un contador síncrono a partir del diseño de circuitos secuenciales.  

Para ello usamos la técnica habitual de diseño de

circuitos

secuenciales. Lo vamos a diseñar en sentido creciente, pero también se podría diseñar en sentido decreciente o de cualquier manera que se nos ocurriera.

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Figura 8: Mapa de Karnaugh de un contador Asincronico

Con lo que queda el circuito de la Figura 9

Figura 9: Circuito lógico

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CONCLUSION

El diseño de microprocesadores se estudia en toda sociedad, en particular en

Ingeniería de Sistema con miras a mejorar los diseños

existentes. Hoy en día se prefiere enseñar microprocesadores y arquitectura de computadoras desde el punto de vista económico o cuantitativo, para mejorar el rendimiento-costo. A mi parecer, no deja de ser importante aprender las bases principales de lógica de transferencia de registros de microprocesadores ya que ello llevará a una mejor comprensión de los lenguajes de programación, segmentación, computadoras de procesadores paralelos, microcontroladores, etc. Además, poder diseñar un microprocesador sencillo que permita resolver grandes problema a nivel de automatización de sistemas. Todo esto nos conduce a conocer y comprender uno de los secretos de la electrónica mas hermosos y enigmáticos. ¿Cómo se procesa la información? ¿Cómo es la lógica de transferencia de registro? Todas estas preguntas son el enigma de las computadoras y los estudiantes de una ingeniería de sistema. De igual forma se puede concluir que el lenguaje de transferencia entre registros r egistros constituye un conjunto conjun to de expresiones y afirmaciones con una notación simbólica para especificar las interconexiones necesarias entre los distintos componentes de un sistema digital. Además presenta las herramientas necesarias para describir el sistema , así como la secuencia de microoperaciones que se realizan en el mismo, entendiéndose por microoperación

una operación

elemental

que se

puede efectuar ef ectuar en

forma paralelo durante un período de pulso de reloj. Como resultado de

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una microoperación mic rooperación el dato previamente almacenado en un registro puede alterarse o ser almacenado en otro registro, etc. Ya para cerrar, se puede afirmar que el diseño de sistemas digitales utiliza de manera invariable un enfoque modular. Los módulos se construyen a partir de componentes digitales como registros, decodificadores, elementos aritméticos y lógica de control. Los diferentes módulos están interconectados con los datos y las trayectorias de control comunes para formar un sistema de computadora digital. En consecuencia los módulos digitales se definen mejor por los registros que contienen y las operaciones que realizan sobre los datos que almacenan..

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REFERENCIAS  Arquitectura de computadores:  Arquitectura computadores: Un enfoque cuantitativo. cuantitativo. Hennessy Hennessy – Patterson. Ed. McGraw Hill. Fundamentos de los microprocesadores Roger Tokheim. Morris Mano, “Lógica Digital y Diseño de Computadores”, Editorial Dossat S.A., 1982 2.F. Hill y G. Organización y arquitectura de computadoras. William Stallings. Ed. Prentice Hall. Peterson, “Digital Systems: Hardware Organization and Design”, Nueva York: John Wiley and Sons, 1973 3. System Technick, “DIGI-BOARD2, Descripción Técnica”

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