ELD129002-Engtelecom (Diário) - Prof. Marcos Moecke

Registro on-line das aulas

Unidade 1 - Aula inicial, Introdução a disciplina

• 1 ENCONTRO

Unidade 1 - Aula inicial, Introdução a disciplina

Encontro 1 (15 fev) A página da UC contém os materiais que não alteram entre semestre. Relação com as outras UCs do Eixo Sistemas Computacionais (Marrom). Ver grafo do curriculo ELD129002 - ELETRÔNICA DIGITAL I (ELD1): Sistema de numeração e códigos. Lógica booleana. Circuitos combinacionais. Circuitos aritméticos. Linguagem de descrição de hardware. Implementação e teste de circuitos digitais. Projeto de circuitos lógicos. ELD129003 - ELETRÔNICA DIGITAL II (ELD2): Dispositivos lógicos programáveis. Circuitos sequenciais. Metodologia síncrona. Projeto hierárquico e parametrizado. Máquinas de estados finita. Register Transfer Methodology. Teste de circuitos digitais. Implementação em FPGA. Introdução a Linguagem de Descrição de Hardware. AOC129004 - ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES (AOC): Introdução à Arquitetura Computadores. Linguagem Assembly. Linguagem de Máquina. Programação Assembly. Modos de Endereçamento. Processo de compilação e carga de um programa. Introdução à Organização de Computadores. Organização Monociclo e Multiciclo. Pipeline. Memória e Sistema de E/S. MIC129007 - MICROCONTROLADORES (MIC): Introdução a Microcontroladores e Aplicações. Arquitetura de um microcontrolador. Pilha e Subrotinas. Interrupção. Contadores e Temporizadores. Interface com Periféricos. Programação em alto nível (ex.: C, C++ e RUST) para Microcontroladores: Mapeamento de tipos e estruturas de alto nível para sistemas com recursos limitados. Projeto de hardware e firmware com microcontroladores. STE129008 - STE - SISTEMAS EMBARCADOS (STE): Conceitos em Sistemas Embarcados. Metodologia de Desenvolvimento de Sistemas Embarcados. Sistemas Operacionais para Sistemas Embarcados. Ferramentas de desenvolvimento e depuração. Barramentos e dispositivos de acesso a redes. Desenvolvimento de Projeto. Nesta página está o Registro diário dos encontros e avaliações. A entrega de atividades e avaliações será através da plataforma Moodle. A inscrição dos alunos é automática a partir do SIGAA. Para a comunicação entre professor-aluno, além dos avisos no SIGAA, utilizaremos o chat institucional. A princípio todos os alunos já estão previamente cadastrados pelo seu email institucional. Confiram enviando uma mensagem de apresentação. Utilizaremos durante as aulas algumas ferramentas computacionas como o site do Falstad para entender circuitos digitais e fazer simulações básicas. Também utilizaremos os softwares Quartus Light e ModelSim instalados nas maquinas do laboratório para praticar a parte de programação de hardware (descrição de hardware). Esses softwares também podem ser usados através da Nuvem do IFSC.. LER PARA O PRÓXIMO ENCONTRO Capítulo 1. Do Zero ao Um, seções 1.1 a 1.3 do livro David Money Harris, B., & Harris Morgan Kaufman, S. L. (2013). Projeto Digital e Arquitetura de Computadores, diponibilizado gratuitamente pela www.imgtec.com.

Unidade 2 - Sistema de numeração e códigos

• 4 ENCONTROS

Unidade 2 - Sistema de numeração e códigos

Encontro 2 (20 fev) - Sistemas numéricos O ser humano precisa contar para determinar quantidades de coisas, com as quantidades ele pode fazer operações matemáticas e comparações. Os números permitem representar quantidades de forma simbólica. Os símbolos utilizados são chamados de dígitos. Em alguns sistemas a posição do símbolo faz diferença (sistemas posicionais), enquanto que em outros o símbolo já representa a quantidade. Dependendo do sistema podem existir diferentes tipos e quantidades de símbolos. Sistema decimal: É o sistema utilizado no dia a dia das tarefas diárias Utiliza 10 símbolos (dígitos). 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 É um sistema posicional, onde a posição do dígito tem um peso dado pela base (10) elevado ao expoente da posição. Exemplo: o número representado 135, corresponde a 1 centena (10² = 100), 3 dezenas (10¹ = 10) e 5 unidades (10⁰ = 1), pois 1*10² + 3*10¹ + 5*10⁰ = 1*100 + 3*10 + 5*1 = 100 + 30 + 5 = 135 Com o sistema podemos contar quantidades, representar quantidades inteiras e fracionárias, comparar valores (quantidades), fazer operações de soma, subtração, multiplicação, divisão, entre outras; Exemplos: Contar: …, 34, 35, 36, 37, … Somar: 21 + 46 + 100 = 100 + 20 + 40 + 1 + 6 = 100 + 60 + 7 = 167; Multiplicar: 3 x 6 = 6 + 6 + 6 = 18; Dividir: 35/7 = (5+ 5 + 5 + 5 + 5 + 5 +5)/7 = (5*7)/7 = 5; Representar frações: 12/10 = 1,2; 3/4 = 0,75 Comparar valores: 145 > 14,5; 230 = 2,3x102 Outros sistemas: Nos computadores e circuitos digitais, para fazer a representação de números são utilizadas normalmente duas tensões, sendo uma para representar o dígito “0” (0 volt), e outra para representar o dígito “1” ( X volts). Este sistema é chamado de sistema binário, pois utiliza apenas dois dígitos (0 e 1). O sistema também é posicional, e permite representar quantidades e fazer operações matemáticas e comparações OBS: Muitas vezes os números binários são representados através do sistema hexadecimal ou do sistema octal (já em desuso). Sistema binário: Utiliza apenas 2 símbolos (dígitos). 0 e 1 É um sistema posicional, onde a posição do dígito tem um peso dado pela base (2) elevado ao expoente da posição. Exemplo: o número representado 111, corresponde a 1 quadra (2² = 4), 1 dupla (2¹ = 2) e 1 unidade (2⁰ = 1). 1*2² + 1*2¹ + 1*2⁰ = 1*4 + 1*2 + 1*1 = 4 + 2 + 1 = 7 O que são bits, nibbles, bytes e word (palavra) de bits ↓msb lsb↓ 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 nibble nibble nibble nibble byte (MSB) byte (LSB) word (palavra) Note no quadro acima: o nibble corresponde ao grupo de 4 bits (meio byte) o byte corresponde ao grupo de 8 bits. Este grupo de 8 bits também é denominado de forma mais exata de octeto. a word corresponde ao grupo de 16 bits (as vezes 32 bits) a double word corresponte ao grupo de 32 bits (as vezes 64 bits) o bit menos significativo (lsb - less significative bit) o bit mais significativo (msb - most significative bit) o byte menos significativo (LSB - Less Significative Byte) o byte mais significativo (MSB - Most Significative Byte) Prefixos e multiplos utilizados para quantidades de informação Nome Símbolo Número de bytes Aproximação decimal Byte B / Byte 1 1 kilobyte kB / kByte $2^{10}$ $10^{3}$ (mil) Megabyte MB / MByte $2^{20}$ $10^{6}$ (milhão) Gigabyte GB / GByte $2^{30}$ $10^{9}$ (bilhão) Terabyte TB / TByte $2^{40}$ $10^{12}$ (trilhão) Petabyte PB / PByte $2^{50}$ $10^{15}$ (quadrilhão) PARA O PRÓXIMO ENCONTRO Ler capítulo 1. Do Zero ao Um, seção 1.4 do livro Projeto Digital e Arquitetura de Computadores, diponibilizado gratuitamente pela www.imgtec.com. Ver Slides - Sistemas Numéricos Ver mais sobre Byte ou Byte.en e os prefixos binários na Wikipedia ATUAL Encontro 3 (22 fev) - Conversão de bases entre sistemas numéricos Conversão entre os sistemas de numeração decimal - binário - hexadecimal. ver os slides - Sistemas Numéricos (conversão entre sistemas) Regra geral de conversão de valor para qualquer sistema de numeração Dividir o valor (número) pela base e obter o quociente e o resto. Dividir sucessivas vezes o quociente anterior até obter um quociente nulo. Os restos obtidos são os digitos que representam o valor (número) no novo sistema de numeração. O primeiro resto obtido é o dígito menos significativo. O último resto obtido é o dígito mais significativo. Regra geral de conversão de um sistema de numeração qualquer de base N para decimal Verifique a posição do ponto decimal. Os dígitos a esquerda do ponto decimal correspondem as posições 0, 1, 2, … . Se houver dígitos a direita do ponto decimal, eles correspondem as posições -1, -2, -3, … . A cada dígito é dado um peso correspondente ao valor da base elevada ao expoente Nposição. Multiplique os pesos pelos dígitos correspondentes. O valor final (em decimal) é a soma dos valores obtidos. posição k … 2 1 0 , -1 -2 … -l dígito dk d2 d1 d0 d-1 d-2 d-l peso Nk N2 N1 N0 N-1 N-2 N-l somar dk × Nk d2 × N2 d1 × N1 d0 × N0 d-1 × N-1 d-2 × N-2 d-l × N-l valor dk × Nk + d2 × N2 + d1 × N1 + d0 × N0 + d-1 × N-1 + d-2 × N-2 + d-l × N-l Códigos numéricos binários Número sem sinal (UNSIGNED) Neste caso apenas números inteiros naturais podem ser representados. Usando $N$ bits é possível representar números inteiros no intervalo de $[0,2^{N}-1]$. Por exemplo usando 8 bits => $[0,2^{8}-1]=[0,255]=[00000000_{2},11111111_{2}]$ bit 7 6 5 4 3 2 1 0 valor 1 0 1 0 0 1 1 1 peso 27 26 25 24 23 22 21 20 peso +128 +64 +32 +16 +8 +4 +2 +1 somar +128 +32 +4 +2 +1 resultado 128 + 32 + 4 + 2 + 1 = 167 Número com sinal (Sinal-Magnitude ou Magnitude e Sinal) Neste caso os números inteiros negativos são representados com 1 no msb, e o positivos com 0 no msb. Usando $N$ bits é possível representar números inteiros no intervalo de $[-(2^{N-1}-1),(2^{N-1}-1(]$. Nesta representação existem dois zeros, o +0 e o -0. Por exemplo usando 8 bits => $[-(2^{8-1}-1),(2^{8-1}-1)]=[-(2^{7}-1),(2^{7}-1)]=[-127,-0,+0,+127]=[11111111_{2},10000000_{2},00000000_{2},01111111_{2}]$ bit 7 6 5 4 3 2 1 0 peso 26 25 24 23 22 21 20 peso +64 +32 +16 +8 +4 +2 +1 valor 1 0 1 0 0 1 1 1 somar - +32 +4 +2 +1 resultado - ( 32 + 4 + 2 + 1) = - 39 valor 0 0 1 0 0 1 1 1 somar + +32 +4 +2 +1 resultado + ( 32 + 4 + 2 + 1) = +39 Número com sinal (Complemento de 2 ou SIGNED) Neste caso o msb corresponde ao peso negativo, de modo que ao colocar 1 no msb o número inteiro passa a ser negativo, e se o msb for 0, o número será positivo. Usando $N$ bits é possível representar números inteiros no intervalo de $[-2^{N-1},2^{N-1}-1]$. Nesta representação existem apenas um zero. Por exemplo usando 8 bits => $[-2^{N-1},2^{N-1}-1]=[-128,0,+127]=[10000000_{2},00000000_{2},01111111_{2}]$ Neste caso note que quando todos os bits são 1, o número representado será o -1, $11111111_{2}$ bit 7 6 5 4 3 2 1 0 peso 27 26 25 24 23 22 21 20 peso -128 +64 +32 +16 +8 +4 +2 +1 valor 1 0 1 0 0 1 1 1 somar -128 +32 +4 +2 +1 resultado - 128 + 32 + 4 + 2 + 1 = -128 + 39 = -89 valor 0 0 1 0 0 1 1 1 somar +32 +4 +2 +1 resultado 32 + 4 + 2 + 1 = +39 valor 1 1 1 1 1 1 1 1 somar -128 +64 +32 +16 +8 +4 +2 +1 resultado -128 + 64 + 32 +16 + 8 + 4 + 2 + 1 = -128 + 127 = -1 Comparação das representações O quadro abaixo mostra as representações em binário dos valores de +15 a -8 no sistema sem sinal (UNSIGNED), com signal-magnitude , com sinal em complemento de um , com sinal em complemento de dois (SIGNED). No quadro é importante notar que sempre os números negativos tem o msb = 1. Adicionalmente alguns sistemas possuem dois zeros (+0 e -0). No tipo SIGNED note que o valor máximo positivo será menor que o valor absoluto do mínimo negativo, por uma unidade. Representação binária Decimal Sem sinal Sinal-magnitude Complemento de um Complemento de dois +15 1111 — — — +14 1110 — — — +13 1101 — — — +12 1100 — — — +11 1011 — — — +10 1010 — — — +9 1001 — — — +8 1000 — — — +7 0111 0111 0111 0111 +6 0110 0110 0110 0110 +5 0101 0101 0101 0101 +4 0100 0100 0100 0100 +3 0011 0011 0011 0011 +2 0010 0010 0010 0010 +1 0001 0001 0001 0001 +0 — 0000 0000 — 0 0000 — — 0000 −0 — 1000 1111 — −1 — 1001 1110 1111 −2 — 1010 1101 1110 −3 — 1011 1100 1101 −4 — 1100 1011 1100 −5 — 1101 1010 1011 −6 — 1110 1001 1010 −7 — 1111 1000 1001 −8 — — — 1000 Para obter o número negativo em complemento de um deve-se complementar (inverter) todos os bits do número binário positivo. Para obter o número negativo em complemento de dois deve-se: a) obter o complemento de um (complementar (inverter) todos os bits do número binário positivo ); b) somar 1 ao resultado. Para obter o número negativo em sinal-magnitude é necessário apenas adicionar um bit 1 a esquerda do msb. Note que em todos os casos a representação de números com sinal, sempre implica na necessidade de um bit a mais. 13 (decimal) = 1101 (binário sem sinal) +13 (decimal) = 01101 (binário em sinal-magnitude) -13 (decimal) = 11101 (binário em sinal-magnitude) +13 (decimal) = 01101 (binário em complemento de um) -13 (decimal) = 10010 (binário em complemento de um) +13 (decimal) = 01101 (binário em complemento de dois) -13 (decimal) = 10011 = 10010 + 1 (binário em complemento de dois) PARA O PRÓXIMO ENCONTRO Iniciar a resolução dos Exercícios 1.7 ao 1.49 Capítulo 1 - Projeto Digital e Arquitetura de Computadores

Unidade 3 - Funções, portas lógicas e álgebra booleana

• 10 ENCONTROS

Unidade 3 - Funções, portas lógicas e álgebra booleana

Unidade 4 - Introdução a linguagem VHDL e Quartus/ModelSim

• 6 ENCONTROS

Unidade 4 - Introdução a linguagem VHDL e Quartus/ModelSim

Unidade 5 - Circuitos lógicos combinacionais (com VHDL)

• 12 ENCONTROS

Unidade 5 - Circuitos lógicos combinacionais (com VHDL)

Unidade 6 - Circuitos aritméticos (com VHDL)

• 5 ENCONTROS

Unidade 6 - Circuitos aritméticos (com VHDL)

Avaliações

Durante o semestre serão realizadas 4 avaliações. As avaliações devem ser enviadas pela plataforma Moodle com os arquivos solicitados.

Data das avaliações

• A1 - :
• A2 - :
• R - Recuperação de A1 a A2 :

Atividade relâmpago (AR)

As atividades relâmpago devem ser entregues no Moodle da disciplina. A não entrega dessas atividades não gera nenhum desconto, apenas geram pontos de BÔNUS que são adicionados aos conceitos das avaliações A1 a AN.

Atividade extra-classe (AE)

A média ponderada das atividades extra-classe será considerada no cálculo do conceito final da UC. A entrega das mesmas será feita pelo Moodle, e cada dia de atraso irá descontar 0,2 na nota da atividade. Muitas dessas atividades também geram pontos de BÔNUS que são adicionados aos conceitos das avaliações A1 a AN. Para os BÔNUS só serão considerados projetos entregues no prazo.

Referências Bibliográficas:

Curso de Engenharia de Telecomunicações