GUIA DE CATEDRA MATERIA Electrónica Digital 1

Corporación Universitaria Minuto de Dios
Regional Bogotá – Sur
GUIA DE CATEDRA
Desarrollo de cátedra no Presencial
MATERIA Electrónica Digital 1
Elaborado por: ________________________________________
Plan de Estudios: Tecnología Informática, Electrónica y Redes Semestre: 1 Área:
Créditos: 2
Intensidad horaria semanal: Hrs T
Hrs P
Total horas:
Tema: Registros de Desplazamiento, Memorias RAM y Memorias ROM
Nº
3
1.
OBJETIVO
A través de la presente el estudiante estará en capacidad de implementar registros de desplazamiento,
aplicándolos para diseñar todo tipo de circuitos secuenciales. Aprenderá los conceptos de Memoria RAM y
Memoria ROM y su funcionabilidad en un circuito.
2.
-
CONTENIDO
Definición Registros de desplazamiento
Diseño y clases
Contadores
Memorias ROM definición y clases
Memorias RAM definición y clases
3.
MARCO TEORICO
Un registro es un grupo de celdas de almacenamiento binario adecuadas para mantener información binaria.
Un grupo de flip-flop constituye un registro, ya que cada flip-flop es una celda binaria capaz de almacenar un bit
de información. Un registro de n-bit tiene un grupo de n flip-flop y es capaz de almacenar cualquier información
binaria que contenga n bits. Además de los flip-flop, un registro puede tener compuertas combinacionales que
realicen ciertas tareas de procesamiento de datos. En su definición más amplia, un registro consta de un grupo
de flip-flop y compuertas que efectúan una transición. Los flip-flop mantienen la información binaria y las
compuertas controlan cuando y como se transfiere información nueva al registro.
Están disponibles varios registros en la forma de circuito integrado (chip). El registro mas sencillo consta de flipflop solos sin ninguna compuerta externa.
Un ejemplo es uno construido con
cuatro flip-flop tipo D y una entrada
común de pulsos de reloj. La entrada de
pulsos de reloj, CP, habilita todos los flipflop de modo que la información
presente disponible en las cuatro
entradas puede trasferirse al registro de
4-bit.
Las cuatro salidas pueden muestrearse
para obtener la información almacenada
en ese momento en el registro.
Note que hemos cambiado la notación para el reloj por CP (clock pulse). El registro es un dispositivo para
almacenar información y guardarla por cierto tiempo. Esto se realiza aplicando un pulso de reloj. Si el registro
estuviera conectado al reloj principal estaría cambiando constantemente en cada bajada.
La información presentada en una entrada de información D se transfiere a la salida Q cuando el pulso de
habilitación CP es 1 y la salida Q sigue los datos de entrada en tanto la señal CP permanezca en 1. Cuando CP
pasa a 0, la información que estaba presente en la entrada de información precisamente antes de la transición
se retiene en la salida Q. En otras palabras, los flip-flop son sensitivos a la duración del pulso y el registro se
habilita mientras CP=1.
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Muchos registro vienen con señales asincrónicas de set y clear:
Como se muestra, un voltaje bajo
(0 voltios) en la señal de set,
pondrá el registro en 1111.
Un voltaje bajo en la señal de
clear pondrá el valor del registro
en
0000.
Para simplificar los diagramas, a
menudo no se colocarán estas
señales, quedando entendido que
existen.
Registros de Desplazamiento – Shift Registers Se denomina registro de desplazamiento aquel registro que es capaz de correr su información binaria ya sea a
la derecha o a la izquierda. La configuración lógica de un registro de desplazamiento consta de una cadena de
flip-flop conectados en cascada, con la salida de un flip-flop conectada a la entrada del siguiente flip-flop. Todos
los flip-flop reciben un pulso común de reloj que causa el corrimiento de una etapa a la siguiente.
Entrada Serial – Salida Serial
Puede construirse un registro de desplazamiento de cuatro bits utilizando cuatro flip-flops tipo D como se
muestra a continuación.
La operación del circuito es
la siguiente: primero se
limpia el registro, forzando
las cuatro salidas a cero.
Entonces se aplica el dato
de
entrada
secuencialmente en la
entrada D del primer flipflop a la izquierda (FF0).
En cada pulso de reloj, se transmite un bit de izquierda a
derecha. Si asumimos un dato que sea por ejemplo 1001. El
bit menos significativo del dato debe ser desplazado a través
del registro desde FF0 hasta el FF3.
Para obtener la data desde el registro esta debe ser extraída en forma serial. Puede hacerse de dos formas:
1. De manera destructiva, en la que la data original se pierde al final del ciclo de lectura, y todos los flip-flops
que componen el registro son puestos en cero.
2. De manera no destructiva, en la que se evita la perdida de la data. Para esto se realiza un arreglo de
compuertas como se muestra, de manera que la data que vaya saliendo vuela a entrar al registro.
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Entrada Serial - Salida Paralela
Para este tipo de registro la data se introduce en forma serial, de la misma manera como se describió
anteriormente. La diferencia está en la forma de extraerla. Una vez almacenada, cada bit aparece en su salida
correspondiente, y todos los bits están disponibles simultáneamente. A continuación se muestra un registro de
desplazamiento de 4 bits con esta configuración.
Aquí se puede ver como por ejemplo el numero 1001 es desplazado hacia las salidas Q del registro.
Entrada Paralela Salida – Serial
A continuación se muestra un registro de desplazamiento con entrada serial y salida paralela. El circuito utiliza
flip-flops tipo D y un arreglo de compuertas NAND para la entrada de datos al registro (escritura).
D3, D2, D1 y D0 son las entradas en paralelo, donde D3 es el bit mas significativo y D0 el menos significativo.
Para escribir los datos, la línea de control WRITE/SHIFT se coloca en BAJO (0 voltios) y la data se introduce
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con un pulso de reloj. La data se desplaza cuando la línea de control se coloca en ALTO (5 voltios) . El registro
realiza un desplazamiento hacia la derecha cuando se aplica el pulso de reloj, como se muestra en la
animación a continuación.
Entrada Paralela – Salida Paralela
Para este tipo de registro, la data aparece en las salidas paralelas, simultáneamente con la entrada. A
continuación se muestra un registro de entrada paralela - salida paralela de 4 bits con flip-flops tipo D.
Las entradas paralelas se indican como D (D3, D2, D1, D0) y las salidas paralelas como Q (Q3, Q2, Q1, Q0).
Una vez que se aplica el pulso de reloj, toda la data aplicada en las entradas D, aparece simultáneamente en
la correspondiente salida Q.
Registros de desplazamiento Bidireccionales
Los registros discutidos hasta ahora realizaban desplazamiento hacia la derecha. (Cada vez que se desplaza
un bit hacia la derecha implica una división por dos del número binario). Si la operación se reversa,
(desplazamiento hacia la izquierda). El efecto es que a cada desplazamiento de un bit hacia la izquierda se
realiza una multiplicación por dos del número binario. Con un arreglo adecuado de compuertas se pueden
realizar ambas operaciones. A este tipo de registro se le denomina registro bidireccional.
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El arreglo de compuertas NAND selecciona la entrada de dados del flip-flop adyacente bien sea a la derecha o
a la izquierda, dependiendo de la línea de control LEFT/RIGHT.
Esto se muestra a continuación
Las memorias de sólo lectura (ROM, read-only memory) son, al igual que las RAM, memorias de acceso
aleatorio, pero, en principio, no pueden cambiar su contenido. Tampoco se borra la información de ellas si es
interrumpida
la
corriente,
por
lo
tanto
es
una
memoria
no
volátil.
Es una memoria de sólo lectura que se programan mediante máscaras. Es decir, el contenido de las celdas de
memoria se almacena durante el proceso de fabricación para mantenerse después de forma irrevocable.
Este tipo de memorias suele almacenar datos básicos y la configuración del ordenador para ser usado,
principalmente, en el arranque del mismo. Por ejemplo, la BIOS.
Las características fundamentales de las memorias ROM son:
1. Alta densidad: la estructura de la celda básica es muy sencilla y permite altas integraciones.
2. No volátiles: el contenido de la memoria permanece si se quita la alimentación.
3. Coste: dado que la programación se realiza a nivel de máscaras durante el proceso de fabricación, resultan
baratas en grandes tiradas, de modo que el coste de fabricación se reparte en muchas unidades y el coste
unitario es baja.
4. Sólo lectura: únicamente son programables a nivel de máscara durante su fabricación.
Su contenido, una vez fabricada, no se puede modificar.
Las memorias ROM pueden ser clasificadas, según su capacidad de variar su contenido, en: Memoria
PROM, Memoria EPROM, Memoria EEPROM, Memoria flash .
MEMORIA PROM (PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES) Una alternativa para proyectos pequeños es
el uso de una de las memorias de sólo lectura programables o PROM (programmable read only memories),
memoria basada en semiconductores que contiene instrucciones o datos. Éstas existen en muchas variantes,
pero todas permiten que el usuario programe el dispositivo por si mismo, ahorrándose el alto costo de
la producción de la máscara.
MEMORIA EPROM Las EPROM, o Memorias sólo de Lectura Reprogramables, se programan mediante
impulsos eléctricos y su contenido se borra exponiéndolas a la luz ultravioleta (de ahí la ventanita que suelen
incorporar este tipo de circuitos), de manera tal que estos rayos atraen los elementos fotosensibles,
modificando su estado.
MEMORIA EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY) La
memoria EEPROM es programable y borrable eléctricamente y su nombre proviene de la sigla
en inglés Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Actualmente estas memorias se construyen
con transistores de tecnología MOS (Metal Oxide Silice) y MNOS (Metal Nitride-Oxide Silicon).
Las celdas de memoria en las EEPROM son similares a las celdas EPROM y la diferencia básica se encuentra
en la capa aislante alrededor de cada compuesta flotante, la cual es más delgada y no es fotosensible.
Memorias RAM : La memoria de acceso aleatorio, o memoria de acceso directo (en inglés: Random Access
Memory) Es un tipo de memoria temporal que pierde sus datos cuando se queda sin energía (por ejemplo, al
apagar la computadora), por lo cual es una memoria volátil. Se trata de una memoria de semiconductor en la
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que se puede tanto leer como escribir información. Se utiliza normalmente como memoria temporal para
almacenar resultados intermedios y datos similares no permanentes.
En general, las RAMs se dividen en estáticas y dinámicas. Una memoria RAM estática mantiene su contenido
inalterado mientras esté alimentada. En cambio en una memoria RAM dinámica la lectura es destructiva, es
decir que la información se pierde al leerla, para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus
celdas, operación denominada refresco.
4.
-
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
Analizar y aprender el funcionamiento aplicándolo en el diseño de un circuito secuencial de los circuitos
integrados 74HC194, 74HC165, 74HC195
Investigar el diseño de contador Jonson, de anillo
5.
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CRITERIO E INSTRUMENTO DE EVALUACION
Diseño de un contador de anillo de 8 bits
Diseño de un contador Jhonson de 4 bits
6.
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BIBLIOGRAFIA
Revista u Control Numero1.http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php?title=Registro_de_desplazamiento
Ariel Palazzesi [email protected] Esta página fue modificada por última vez el 10:30, 3 abr
2008. Consulta hecha el 22 de Septiembre de 2008
Arquitectura del computador, Profesor Sandro Constantini UNIMET
http://medusa.unimet.edu.ve/sistemas/bpis03/registros.htm Pagina Modificada en el 2001. Consulta
hecha el 22 de Septiembre de 2008.
Diccionario Informático, Definición de memoria ROM http://www.alegsa.com.ar/Notas/85.php pagina
modificada en el 2008. Consulta hecha el 22 de Septiembre de 2008
Memorias, http://www.monografias.com/trabajos18/memorias-programables/memoriasprogramables.shtml, César Arroyo Cabrera, [email protected] 1997, Consulta hecha el 22 de
Septiembre de 2008.
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