A partir de um registrador simples, que pode executar algumas operações também simples, podemos construir um registrador que execute diversas operações requeridas por um processo qualquer.Ou alternativamente, escolher vários registradores, cada um executando um número reduzido de operações simples, cujo conjunto realiza as operações complexas do processo.
De qualquer modo, o começo de um sistema digital parte de uma escolha de que partes de circuitos(hardware) serão empregadas, quais os comandos que estes circuitos responderão e como estarão interligados entre si.Estes aspectos caracterizam a arquitetura do sistema.
Definida a arquitetura do sistema, o próximo passo do projeto do sistema digital é o projeto do controlador.O controlador é um circuito que fornece os comandos na seqüência correta às linhas de controle dos componentes para o sistema executar suas funções.
A figura abaixo mostra uma arquitetura para calcular soma/subtração de dois números de n bits cada.
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A arquitetura acima calculará as somas e diferenças de dois números binários de n bits cada, que estão nos registradores ae b. As operações são as seguintes:a+b, a-b, -a+b, -a-b.
Os números podem ser armazenados assincronamente nos registradores através dos terminais diretos SET e RESET dos flip-flops.Todos os registradores e o somador acomodam n bits.
O registrador de Complementar/Incrementar(CI) está ligado ao Somador, o Somador está ligado ao registrador Acumulador(Acc) e o Acumulador fica ligado de volta ao Somador, em conexões de n linhas.
Cada uma dessas ligações executa uma função de transferência, são dedicadas, portanto, não são barramentos(buses).Existe um bus de n bits através do qual se transfere os conteúdos dos registradores.
Como o sistema é síncrono, uma forma-de-onda de relógio é aplicada a todos os registradores.
Microoperação:
operação básica executada em um ciclo do relógio, quando uma linha de comando fica ativa.A seqüência de microoperações necessárias para a arquitetura realizar a soma a+b, e armazenar o resultado no registrador a, está mostrada na figura abaixo.
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As operações de leitura (R, Ra e Rb) não são síncronas, ou seja, independem do relógio.
O controlador que fornecerá os níveis lógicos necessários e na seqüência correta para a arquitetura executar a soma deve ser uma máquina seqüêncial com seis estados para executar as seis operações da tabela da Fig.2, com capacidade de parar depois de realizada a última operação da seqüência. Isto obriga a introdução de um sétimo estado, no qual o controlador espera após terminada uma seqüência.
Para retirar o controlador do estado de espera, uma entrada externa X quando acionada(X=1) leva o controlador a partir.
Quando X=0, depois de uma seqüência começar, irá até o fim. Outra seqüência só começa se X=1.
Estado 0 : todas as entradas de controle em lógica 0;enquanto X=0, o controlador fica no Estado 0 |
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 Fig.4
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Mapas K
Para determinar as entradas de excitação D2, D1 e D0 dos três flip-flops, usa-se Mapas K de quatro variáveis X, Q2, Q1 e Q0.
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Dos mapas K acima tem-se as equações de excitação conforme mostradas abaixo.
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As variáveis de saída são deduzidas a partir da Tabela de Transição da Fig.5.Por exemplo, Z e ZA estão no nível lógico 1 quando Q2=0, Q1=1 e Q0=1, então uma porta AND com as entradas Q2, Q1 e Q0 indicadas gera as saídas Z e ZA.
As outras saídas podem ser deduzidas de modo semelhante.
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As formas-de-onda das saídas geradas nas saídas do decodificador e do sinal de relógio estão na figura abaixo.As formas-de-onda começam no instante X=0 com o sistema no estado de espera.Após X=1, na primeira borda de gatilho, o sistema sai do estado de espera e vai para o estado seguinte(Estado 1) no qual Z e ZA são 1. O sistema fica neste estado até a próxima borda de gatilho depois de X voltar para X=0.
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