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Jefferson Oliveira
Jefferson Oliveira

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Lembra de mim?

#cpu #memory #combinational #sequential

Olá todo mundo, este é o terceiro artigo na série sobre computadores, e também o último com esse cabeçalho aqui, pois daqui para a frente é recomendado que você já tenha lido os dois artigos anteriores:

Nos artigos anteriores, nós vimos como portas lógicas podem ser usadas para fazer comparações e também calcular operações aritméticas, porém ainda não vimos como o computador pode guardar uma informação ao longo do tempo.

Outra coisa que também iremos fazer aqui é categorizar cada tipo de chip: os que foram mostrados anteriormente são _ combinacionais _, o que significa que eles não precisam de nada além de sinais nas suas entradas para poder computar um resultado, mas existem também os _ sequenciais _. A diferença entre eles é que o sequencial depende não só dos sinais das entradas, mas também do valor anteriormente processado.

Um jeito muito prático de usar portas lógicas para guardar informações é usando um chip chamado de _ flip-flop _, que está representado abaixo. Ele contém 2 entradas: a de cima set e a de baixo reset (você pode clicar no circuito abaixo para interagir com eles).

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│ reset ├○───▶┤NOT├○╮ ╭──▶┤ │ ╭──▶┤LED│
╰───────╯ ╰───╯ │ │ │AND├○● ╰───╯
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                          │ ╰───╯ │        
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╭─────╮ │ ╭─────────╮ │                  
│ set ├○╮ ╰▶┤ │ │                  
╰─────╯ │ │[or:_or_]├○╯                  
        ╰────▶┤ │                    
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Se parar para analisar, é bem simples: seguindo a trilha do set, verá que há duas portas lógicas no caminho, uma OR e uma AND. Uma das entradas da porta OR está ligada com o resultado da AND lá no fim do chip. Essa combinação faz com que, quando temos 0 e é nos dado um valor 1 , a porta OR vai resultar em 1 , e a AND também.

Porém, quando removemos o sinal do set, o valor que foi anteriormente colocado é persistido porque agora o OR está mantendo o estado que mantém o AND também no estado anterior. Problema resolvido, certo? Não! Perceba que nosso circuito agora está travado, pois não há como sair desse estado a não ser que o AND passe a ter um outro valor, e é para isso que serve a porta reset: ela está ligada a um NOT, ou seja, enquanto ela estiver desligada (0), o seu resultado vai ser 1 (ligado), e vice-versa.

Uma evolução que podemos fazer no _ flip-flop _ é transformá-lo em um _ Registrador _. No registrador, podemos escolher se é ou não a hora de ler o nosso sinal e guardá-lo, e subsequentemente reescrevê-lo, e tudo isso ao nosso bel-prazer. Existem muitas formas de atingir esse chip, então vou usar a implementação demonstrada pelo Sebastian Lague.

Nela, a gente só precisa adicionar mais 3 portas lógicas e pronto!

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│ data ├○──●───▶┤ │ ╭─▶┤NOT├○┬──▶┤NOT├○───▶┤ │ ╭──▶┤NOT├○╮ ╭▶┤ │ ╭──▶┤NOT├○●──▶┤LED│
╰──────╯ │ │AND├○─╯ ╰───╯ │ ╰───╯ │AND├○╯ ╰───╯ │ │ │AND├○╯ ╰───╯ │ ╰───╯
           │╭──▶┤ │ │ ╭▶┤ │ ╰─┼▶┤ │ │        
           ││ ╰───╯ │ │ ╰───╯ │ ╰───╯ │        
           ││ ├───────────┼───────────────────╯ │        
╭─────────╮││ ╭───╮ ╭───╮ │ │ │        
│ enabled ├○┼──▶┤NOT├○───▶┤ │ │ ╰─────────────────────────────────────╯        
╰─────────╯ │ ╰───╯ │AND├○╯                                                          
            ╰────────────▶┤ │                                                            
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Se a gente destrinchar um pouco, o que acontece é o seguinte: a entrada superior, que agora chamaremos de data, só será salva no _ flip-flop _ quando a entrada inferior, que também mudou o nome, agora se chama enabled. Ou seja, em vez de usar duas entradas, uma para salvar e outra para apagar, essa combinação de ANDs e NOT escolhe qual operação será feita.

  • Se data = 1 e enabled = 1, então é a mesma coisa que ligar a entrada set do _ flip-flop _.
  • Se data = 0 e enabled = 1, então é a mesma coisa que ligar a entrada reset do _ flip-flop _. Perceba que o enabled precisa sempre estar ativado para que possa salvar o sinal que foi colocado em data.

Uma outra coisa que podemos fazer é pegar inspiração no artigo anterior, que no final a gente aprende que, se juntarmos vários Adders, nós podemos fazer contas com múltiplos dígitos. Na memória é do mesmo jeito: juntando vários registradores, você pode fornecer uma entrada para cada data e compartilhar o sinal do enabled, e assim você pode salvar os valores de um número binário inteiro.

Por enquanto, a gente se despede por aqui, até a próxima 😄

Xauzinho!
Xauzinho!

Referências

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