Dispositivos Digitales. EL-611 Complemento de Diseño Lógico y. Dispositivos Digitales


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1 EL-611 Complemento de Diseño Lógico y

2 Objetivos y Evaluación Segundo Curso de Sistemas Digitales Complementar Materia Enfoque Diseños de Mayor Envergadura 1 Control + Examen y 6 Ejercicios (aprox.) Tareas (Diseños) Trabajo Individual Disertación Personal Presentación Asistencia Informe

3 Un poco de historia 1850: George Boole inventa el Algebra Booleana relaciona proposiciones lógicas con símbolos permite la manipulación de expresiones lógicas utilizando matemáticas 1938: Claude Shannon vincula el Algebra de Boole con los conmutadores ( switches ) su Tesis de Master 1945: John von Neumann desarrolla el primer computador con almacenamiento sus elementos de switching eran tubos ( vacuum tubes ; un gran avance a los relays) 1946: ENIAC... El primer computador completamente electrónico 18,000 tubos varios cientos de multiplicaciones por minuto 1947: Shockley, Brittain, and Bardeen inventan el transistor reemplaza a los tubos permite la integración de múltiples dispositivos en un paquete puerta a la electrónica moderna

4 Qué es el diseño lógico? Qué es diseño? dada una especificación de un problema, obtener la forma de solucionarlo eligiendo las componentes apropiadas de un conjunto de componentes disponible cumpliendo, al mismo tiempo, algunos criterios de tamaño, costo, consumo de energía, belleza, elegancia, etc. Qué es diseño lógico? determinar el conjunto de componentes lógicas digitales para realizar un control y/o manipulación de datos y/o funciones de comunicación especificadas y la interconexión entre ellas cuales componentes lógicas seleccionar? hay muchas tecnologías de implementación (por ejemplo, componentes de funciones fijas estándares, dispositivos programables, transistores en un chip, etc.) el diseño puede necesitar ser optimizado y/o transformado para cumplir con las restricciones del diseño

5 Que pasa con el diseño digital en la actualidad? Importantes tendencias de como la industria realiza diseño de hardware diseños cada vez mas grandes tiempo de introducción al mercado cada vez mas corto productos cada vez mas baratos Escala amplio uso herramienta de diseño con ayuda del computador por sobre diseños manuales niveles múltiples de representación de diseños Tiempo énfasis en representaciones abstractas de diseño componentes de funciones programables por sobre componentes de funciones fijas técnicas de síntesis automáticas Costos niveles cada vez mas alto de integración uso de simulación para la depuración de los diseños simular y verificar antes de fabricar

6 Sistemas Digitales Sistemas Analógicos / Digitales Sistemas Digitales Binarios Predominio de los Sistemas Digitales

7 Ventajas de los Sistemas Digitales Menos propenso a errores dado que las variables sólo tienen dos valores La exactitud depende del número de bits utilizados en la representación numérica La representación digital permite el procesamiento de información numérica como no-numérica Procesos se descomponen fácilmente en sub-tareas ejecutables en secuencias Sistema de propósitos generales (computador) Desarrollo de sistemas complejos a bajo costo

8 Sistemas Digitales (Binarios o Multiple-valued ) Máquinas Combinacionales Máquinas Secuenciales Lógica Random SSI Componentes discretas MSI LSI/ VLSI Lógica de Arreglo ROM PLA Lógica Programada Microprocesadores Controladores Microprogramados Modo Nivel Síncrona Modo Pulso Cuasi- Síncrono Asíncrona Contemporáneo Tradicional No requieren Memoria Requieren Memoria

9 Diseño Enfoque Tradicional Diagramas de Estados Tabla de Transición de Estados Minimización de Estados Asignación de Estados Variables de Excitación y de Estado Implementación Biestable-Compuerta

10 Diseño Enfoque Contemporáneo División sistémica (algorítmico) Sistema Controlador Sistema Controlado Diagramas Simplificados y Detallados Diagramas de Bloques / Partición Funcional Diagramas de Flujos Diagramas de Tiempo Diagrama MDS: Mnemonic Documented State Diagram Alternativas de Implementación

11 Modelos de Diseño Modelo Sistémico: caja negra Modelo Algorítmico: el sistema digital se ve efectuando un cálculo, una computación, una transformación de datos ( data objects ) o vectores de variables binarias ( bit-vectors ) Si el cálculo es complejo se descompone en cálculos más simples descritos por un algoritmo Consiste de los siguientes elementos: Almacenamiento ( storage ) para la representación de los vectores Operadores para realizar los cálculos primitivos en los datos Control de la secuencia de los cálculos primitivos

12 Modelo Algorítmico Los algoritmos ejecutados por el sistema pueden ser fijos o programables (cambiables) El diseño consiste en especificar: Descripción estructural: la estructura e interconexión de las componentes Descripción del comportamiento: algoritmos específicos a ser ejecutados por el sistema Formatos de representación de los datos y algoritmos

13 Ejemplo Diseño con un enfoque algorítmico Considerar el cálculo para obtener el máximo entre n enteros. Cada entero es representado como un vector de variables binarias ( bitvectors ), y los vectores son almacenados en componentes de almacenamiento. El resultado se guarda en un registro MAX. Los operadores primitivos son los siguientes

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16 Tecnologías Sistemas Combinacionales Componentes Estándares SSI (10 compuertas) MSI ( compuertas) ROM s y PLA s/pal s: Programmable Logic Array ASIC s: Application Specific Integrated Circuits ( compuertas) FPGA: Field Programmable Gate Arrays

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